电弧增材制造因其独特的无模壳快速近净成形特点而备受关注，有望成为突破铝合金材料研发与工业应用瓶颈的先进制造技术。电弧增材技术在传统电弧焊接的基础上发展而来，二者均以高能电弧为热源、以金属丝材为原材料进行成形。本文综合分析了电弧增材制造工艺与设备研发现状、凝固与固态相变特性、显微组织特点、冶金缺陷概况以及力学性能特点，论述了热丝及多丝增材制造技术前景和电弧增材制造独特的成形方式与相变显微组织特征。针对电弧增材制造铝合金制造精度及稳定性较差、气孔及热裂缺陷严重、材料力学性能优势不突出的问题，提出了电弧增材制造专用设备开发、熔丝累加快速凝固冶金缺陷控制专用方法研发、专用材料成分及显微组织设计、专用热处理工艺制定等发展方向，为加快电弧增材制造铝合金高端化、定制化、专属化发展提供重要参考。
近年来, 高熵合金成为金属材料领域的研究热点。高熵合金处于相图中心区域, 具有广阔的合金成分空间和组织结构形成可能; 成分和制备工艺的协同调控, 能够获得更丰富的组织结构; 非常规的化学结构有望突破传统抗磨、润滑合金的性能极限。本文讨论了耐磨高熵合金的分类, 分析了化学活泼金属、软金属、难熔金属的添加对高熵合金抗磨、润滑性能的影响规律; 总结了非金属元素和陶瓷相的添加对高熵合金基复合材料摩擦磨损性能的影响; 综述了热处理和表面工程技术对高熵合金表面组织结构和摩擦磨损行为的作用; 讨论了苛刻工况下抗磨润滑高熵合金的设计方法。对未来高熵合金在摩擦磨损领域的研究和应用进行了展望, 高熵合金在解决传统合金的瓶颈问题上具有巨大潜力, 如在极端工况下实现稳定润滑抗磨、保证特定功能作用下实现抗磨。
本文简述了难熔高熵合金的含义与特点, 归纳了各类难熔高熵合金(块体、薄膜、涂层)的制备方法, 重点阐述了难熔高熵合金的综合性能。建议通过构建专门的难熔高熵合金数据库优化成分设计, 并着重于不同制备方法的工艺性研究。针对目前难熔高熵合金存在室温脆性大、密度大、成本高等不足, 提出可根据所需难熔高熵合金的性能而选择不同的制备方法, 以便未来工业化应用。
随着便携式、可穿戴电子器件的迅速发展，柔性储能器件的研究逐渐转向微型化、轻柔化和智能化等方向。同时人们对器件的能量密度、功率密度和力学性能有了更高的要求。电极材料作为柔性储能器件的核心部分，是决定器件性能的关键。柔性储能电子器件的发展，又迫切需要新型电池技术和快速、低成本且可精准控制其微结构的制备方法。因此，柔性锂/钠离子电池、柔性锂硫电池、柔性锌空电池等新型储能器件的研发成为目前学术界研究的热点。本文论述了近年来柔性储能电池电极的研究现状，着重对柔性电极材料的设计(独立柔性电极和柔性基底电极)、不同维度柔性电极材料的制备工艺(一维材料、二维材料和三维材料)和柔性储能电极的应用(柔性锂/钠离子电池、柔性锂硫电池、柔性锌空电池)进行对比分析，并对电极材料的结构特性和电化学性能进行了讨论。最后，指出了柔性储能器件目前所面临的问题，并针对此类问题展望了柔性储能器件未来的重点在于新型固态电解质的研发、器件结构的合理设计及封装技术的不断优化。
机械零部件的摩擦磨损主要发生在材料表面, 约有80%的零件工作失效是由表面磨损造成的。摩擦磨损增加了材料和能量的损耗, 降低了可靠性和安全性。使用激光熔覆技术在基体表面制备高熵合金涂层的方法, 能够使涂层与基体实现良好的冶金结合, 以达到提升表面耐磨性能的目的。影响高熵合金涂层耐磨性的因素主要有涂层材料的力学性能, 如硬度、塑性和韧性; 熔覆过程中产生的缺陷, 如表面粗糙不平、气孔和裂纹; 摩擦工况, 如高温环境和腐蚀环境。本文分析总结了激光熔覆高熵合金涂层的耐磨性影响因素及强化机制。首先, 阐明了激光工艺参数(激光功率、激光扫描速度、光斑直径)和后处理工艺(热处理和轧制)对涂层质量及性能的影响; 其次, 概述了组元元素选择、高温环境和腐蚀环境对涂层耐磨性的影响; 最后, 对激光熔覆技术制备高熵合金涂层存在的问题进行归纳分析, 并对未来的发展趋势进行了展望, 如基于远平衡态的材料设计理论研发新材料、利用电场-磁场协同或激光-超声振动复合等新工艺提升涂层耐磨性等。
人体皮肤能够感知外界的信息，在与外界交流中起着重要的作用。模仿人体皮肤特性和环境感知能力的电子皮肤在医疗监控、仿生假肢与机器人触觉感知等领域中有着广泛的应用。与传统的可穿戴传感器相比，电子皮肤更轻、更灵活、更具延展性，而且具有无线、透明、与人体皮肤兼容等特性，已成为新兴的研究领域之一。电子皮肤可以连续检测人体的大量物理和生化参数、人体运动、气体等，以实时监测人体健康、体育运动以及各种环境中的气体。本文综述了电子皮肤所使用的最新材料，包括零维（0D）、一维（1D）、二维（2D）和三维（3D）微纳米材料、聚合物材料、水凝胶材料及其复合材料等；详细归纳了基于这些热点核心材料所构建的电子皮肤在健康监测、运动监测以及气体监测等生命健康领域中的应用；指出了电子皮肤在研究过程中依然存在着成本高、工艺复杂等技术难题，但电子皮肤发展趋势朝着多功能化和多种外界刺激同步检测发展，并且在医疗设备、机器技术及未来的制造领域中应用前景广阔。
近年来，碳-陶瓷基复合材料因其耐高温、低密度、抗腐蚀性能好、热膨胀系数低、性能可设计性强等特点成为研究热点之一，将生物态材料的多孔结构引入陶瓷基体中制备具有生物形态的碳-陶瓷复合材料的研究已引起关注。本文综述了生物态碳-陶瓷基复合材料的多孔结构、制备工艺、性能以及应用前景。强调设计材料微观结构的重要性，并详细介绍了碳-陶瓷基复合材料制备过程中的关键技术——渗透技术，包括：化学气相渗透、熔融渗透、溶胶凝胶渗透、料浆渗透、聚合物前驱体渗透、熔盐渗透六种渗透技术，并对其存在的问题提出解决方案。综述了生物态碳-陶瓷基复合材料压缩强度和断裂强度等性能，对未来的性能研究方向提出建议，指出应测试高温、强酸强碱、冷热交替环境下材料的力学性能。探讨生物态碳-陶瓷基复合材料在航空发动机叶片、汽车尾气净化器、催化剂载体三个方面的潜在应用，概述在复杂成型、较强的力学性能和热稳定性等方面的挑战和实际局限性。最后，对生物形态的碳-陶瓷基复合材料制备工艺的改进、力学性能的研究进行展望，为生物态碳-陶瓷基复合材料的研制和应用提供理论依据和参考。
陶瓷材料因其优异的耐磨性、化学稳定性、生物相容性和美观性被广泛用于牙齿缺损和缺失修复。本文首先介绍了牙科陶瓷材料的化学成分、微观结构和力学性能，基于陶瓷材料的磨损与磨蚀机制，归纳总结了牙科陶瓷材料摩擦学性能优化方面所取得的进展，指出陶瓷材料和天然人牙摩擦学性能失配严重制约了陶瓷修复体的临床应用，进而从室验介质、对摩副以及载荷、位移和循环次数等方面分析汇总牙科陶瓷材料摩擦学性能的体外测试方法。最后，从仿生摩擦学角度探讨了牙科陶瓷材料的未来发展趋势，并指出研制仿生陶瓷基复合材料是解决陶瓷修复体与天然人牙摩擦学性能失配难题最具潜力的策略。
可降解水凝胶因其良好的生物相容性和生物降解性被广泛用于关节软骨的修复和再生。本文以可降解水凝胶在软骨组织工程中的三类应用策略为主线，概述了用于原位成型可注射水凝胶的蛋白多糖类材料及纳米复合类材料；系统总结了传统工艺制造组织工程支架的优缺点及多种工艺结合的制备方法；重点归纳了近年来3D打印组织工程支架从纯软骨到骨/软骨一体化、从单层到多层的研究进展；最后分析了可降解水凝胶作为关节软骨支架材料在微观定向结构和生物活性功能化方面的局限性，并作出展望：未来开展多材料、多尺度、多诱导的高仿生梯度支架是关节软骨组织工程的一个重要研究方向。
软磁材料是一种极为重要且应用十分广泛的能源材料, 近年来, 随着磁性元件的日益高频化和小型化, 以及节能环保的号召, 开发和研究高性能软磁材料具有重要意义。本工作概述了软磁合金的发展历史, 重点归纳出各类软磁合金(包括传统软磁合金、非晶/纳米晶软磁合金、高熵软磁合金)的成分、微观组织、磁性能以及应用范围, 并总结出不同软磁合金的优、缺点; 指出典型合金的微观组织对合金软磁性能(尤其矫顽力)具有关键性的主导作用, 进而探讨了影响软磁合金矫顽力的因素及其微观机制, 发现控制晶粒尺寸(或纳米粒子尺寸)是获得低矫顽力的关键, 并描述了矫顽力的微观影响机制在高熵软磁合金中的发展; 最后, 展望了高熵软磁合金因多主元混合的成分特性带来的组织多样化, 更有利于实现对合金性能的调控, 并有望作为新一代高温软磁体材料。
本文综述了高温下前驱膜的形成机制，即表面扩散机制、蒸发-凝结机制、皮下渗透机制和快速吸附-薄层漫流机制。在实验表征的金属/金属润湿体系中，最有可能的机制为皮下渗透机制，其形成与表观接触角、接触半径、固体金属与氧化膜的间隙大小有关。在金属/陶瓷体系中，前驱膜的形成通常为快速吸附-薄层漫流机制。前驱膜为吸附机制时，需要满足液/固界面的相对惰性和高亲和力这一矛盾体。同时介绍了高温反应润湿体系中，前驱膜的另一种可能的机制，即薄膜传输机制；指出研究前驱膜的难点在于前驱膜的不可预测性和不稳定性，其发展方向应趋于系统化，并建立相应的理论模型。
聚合物材料因其质轻、价廉、耐腐蚀以及优异的自润滑特性而广泛应用于工程机械润滑领域中。加入功能性减摩和增强填料复合改性聚合物树脂可以克服本征型高分子材料的一些固有缺陷，得到低摩擦因数、高耐磨性、高承载力以及耐高温等优异特性的摩擦学复合材料。本文综述了功能性填料如碳基材料、过渡金属硫化物、微胶囊、软金属、陶瓷纳米颗粒、矿物盐以及自润滑高分子对复合材料的减摩抗磨效果及机理。同时，力学性能是保证聚合物材料服役性能和使役寿命的关键参数，也会对材料的摩擦学性能带来显著影响。本文还重点论述了纳米颗粒和纤维等填料对复合材料的增强和增韧机理。最后，展望了功能性填料对力学性能与摩擦学性能的协效作用，以及计算机模拟在复合材料摩擦学中应用的发展趋势。
天然酶是人体活细胞产生的微量蛋白质，正是由于酶的存在，生物体的日常运行才能有序进行。目前，酶在生物医药、催化和检测等领域有着广泛的应用。然而天然酶存在易失活、稳定性差、合成困难、纯化复杂、价格昂贵等缺点，阻碍了其大规模应用。近几十年来，纳米材料模拟酶作为新一代人工酶，由于其稳定性高和重复性好等优点，逐渐成为天然酶的替代品。纳米材料模拟酶在许多领域发挥着重要作用，本文重点介绍了纳米材料模拟酶在电化学传感领域检测O2·-和丹参酸，还可以检测谷胱甘肽、葡萄糖、胆固醇以及H2O2等生物小分子，在环境污染防治领域中能够有效检测重金属盐类和农药的含量，纳米模拟酶还能够通过检测特定序列的DNA对癌症、病毒感染等疾病做出提前预防。今后的重点研究方向将聚焦在纳米模拟酶之间的偶联、反应机理研究、优化酶反应环境和解决底物选择性等方面。
骨软骨缺损是导致关节发病和残疾的重要原因，骨软骨组织工程是修复骨软骨缺损的方法之一。骨软骨组织工程方法涉及仿生梯度支架的制造，该支架需模仿天然骨软骨组织的生理特性（例如从软骨表面到软骨下骨之间的梯度过渡）。在许多研究中骨软骨仿生梯度支架表现为离散梯度或连续梯度，用于模仿骨软骨组织的特性，例如生物化学组成、结构和力学性能。连续型骨软骨梯度支架的优点是其每层之间没有明显的界面，因此更相似地模拟天然骨软骨组织。到目前为止，骨软骨仿生梯度支架在骨软骨缺损修复研究中已经取得了良好的实验结果，但是骨软骨仿生梯度支架与天然骨软骨组织之间仍然存在差异，其临床应用还需要进一步研究。本文首先从骨软骨缺损的背景、微尺度结构与力学性能、骨软骨仿生梯度支架制造相关的材料与方法等方面概述了离散和连续梯度支架的研究进展。其次，由于3D打印骨软骨仿生梯度支架的方法能够精确控制支架孔的几何形状和力学性能，因此进一步介绍了计算仿真模型在骨软骨组织工程中的应用，例如采用仿真模型优化支架结构和力学性能以预测组织再生。最后，提出了骨软骨缺损修复相关的挑战以及骨软骨组织再生未来研究的展望。例如，连续型骨软骨仿生梯度支架需要更相似地模拟天然骨软骨组织单元的结构，即力学性能和生化性能的过渡更加自然地平滑。同时，虽然大多数骨软骨仿生梯度支架在体内外实验中均取得了良好的效果，但临床研究和应用仍然需要进行进一步深入研究。
随着新能源汽车产业的迅速发展，消费者对电动汽车续航里程的要求不断提高。高镍三元锂离子电池因其比能量高成为电动汽车中最具应用前景的动力电池，但该电池体系依然面临着低温性能差的问题。本文综述近年来高镍三元锂离子电池低温性能的研究进展，重点总结高镍三元锂离子电池低温性能的影响因素，一方面从热力学角度分析低温下高镍三元正极材料和石墨负极材料的结构变化、电解液相态和溶剂化结构变化以及黏结剂玻璃化转变对电池低温性能的影响；另一方面从动力学角度分析高镍三元电池低温放电过程中的速率控制步骤。归纳目前高镍三元锂离子电池低温性能的主要改善措施，其中低温电解液的设计包括优化溶剂、改善锂盐及使用新型添加剂三个方面，对电极材料低温性能的改善主要是通过体相掺杂、表面包覆及材料颗粒粒径降低的方式。总结电池中低温性能研究中存在的对电池低温热力学特性研究不够明确、对电池低温动力学过程研究方式单一以及对电池中的反应顺序存在的影响认识不足等问题。
高强铝合金(2×××, 7×××等)因具有比强度高、加工性好等优点而被航空航天、汽车等领域广泛应用。随着大推重比飞行器设计及汽车轻量化技术的发展, 轻质结构材料的需求日益增加, 同时零部件也面临着"薄壁化、中空化、复合化"的发展趋势, 高强铝合金的传统加工方法越来越难以满足要求。近年来, 激光选区熔化成形(selective laser melting, SLM)作为一种常见的金属增材制造技术(additive manufacturing, AM)在复杂零部件成形领域受到关注, 有望成为进一步拓宽高强铝合金应用领域的新兴技术。然而, SLM成形高强铝合金因易产生周期性热裂纹和粗大柱状晶不良组织等问题而发展缓慢, 晶粒细化是克服增材制造高强铝合金这一固有热裂问题的关键所在。本文综述了近年来SLM成形高强铝合金显微组织和力学性能调控等方面的研究进展, 归纳了不同体系合金的力学性能, 重点阐述了抑制SLM成形高强铝合金中热裂纹形成的主要策略, 包括SLM工艺参数优化以及通过微合金化或添加纳米颗粒细化晶粒等方法。指出当前研究存在的主要问题是合金成分的改变对材料综合性能以及热处理制度的影响规律尚不清晰等, 并展望了未来的发展趋势, 如SLM成形新型高强铝合金成分设计与综合性能评价、利用后处理工艺等手段进一步提升合金综合性能以及专用晶粒细化剂的设计与细化机制探究等。
固态聚合物电解质因其质量轻、柔性好，且与电极材料接触良好、界面阻抗小，成为开发新一代高能量密度、高安全性乃至高柔韧性电化学器件的潜在材料，近年来获得了广泛关注。但因其离子电导率低、力学性能差等缺陷也成为限制其进一步商业化的关键问题。通过交联、共混、共聚等手段组成聚合物的复合体系有可能很好地解决这些问题，因此本文首先对聚合物中的离子导电机理进行了简要介绍，旨在从原理的角度阐释上述问题的解决策略；随后综述了近年来多种聚合物基复合电解质在电化学器件中的应用以及改性策略。最后对复合固态聚合物电解质目前面临的基础研究和实际应用问题进行了讨论，给出了解决这些问题的建议，以期为新型聚合物复合固态电解质的设计与制备提供新思路。
通过在异种材料界面添加厚度为100 μm的Zn箔，采用预挤压与孔型轧制复合工艺成功制备出AZ31/7075复合材料，并利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)对复合界面进行表征及显微硬度测试，探究Zn过渡层在挤压复合孔型轧制过程中对产品的影响。结果表明：7075硬质铝合金芯部可细化AZ31镁合金，引入Zn过渡层可减少或者避免镁铝系金属间化合物生成；挤压及变形温升使Mg-Zn互扩散形成的低熔点共晶相熔化，同时加速元素自固相向液相扩散；然而降温冷却使Mg-Zn扩散层易出现不连续裂缝，但后续孔型轧制可显著改善；Mg-Zn扩散层经变形生成的MgZn2金属间化合物具备较高的显微硬度(161HV)，但Mg-Zn扩散层变形后厚度则较薄，结合层整体硬度变化不明显。
硫银锗矿结构的硫化物固态电解质Li6PS5Cl（LPSC）具有离子电导率高（>3×10-3 S·cm-1）和对锂稳定性良好等特点，是构建全固态锂离子电池的理想电解质材料之一，具有良好的发展前景。本工作采用高能球磨和惰性气氛固相烧结相结合的方法制备硫银锗矿型固态电解质LPSC，并采用粉末X射线衍射（XRD）、拉曼光谱（Raman spectra）和扫描电子显微镜（SEM）等对其进行表征，探究制备工艺对LPSC结构、成分和电学性质等的影响。结果表明：高能球磨会破坏原料的晶粒，降低晶粒尺寸，延长球磨时间有利于LPSC前驱体粉末的非晶化和后续烧结，提高烧结温度将促进制备的LPSC电解质的物相变纯和离子电导率升高，但烧结温度过高会导致LPSC的分解。综合考虑球磨时间和烧结温度对材料离子电导率和电子电导率的影响，经8 h球磨和500℃烧结制备的LPSC在室温下具有最高的离/电子电导率比（2.091×105），其离子电导率高达4.049×10-3 S·cm-1，而电子电导率仅为1.936×10-8 S·cm-1。利用该电解质制备的712 NCM/LPSC/In-Li全固态电池在0.1 C的充放电倍率下首周放电比容量高达151.3 mAh·g-1，且具有优良的循环稳定性。
通过溶胶-凝胶法以钛酸四丁酯为前驱体，醋酸为催化剂制备TiO2溶胶，利用γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（KH570）对其进行低表面能修饰，得到疏水改性的TiO2溶胶，然后喷涂到滤料表面使其具有超疏水性。对改性前后滤料的润湿性、表面形貌、化学成分和过滤性能进行分析。结果表明：改性涂层均匀沉积在滤料表面，将纤维表面完整包裹，改性后滤料的水接触角达156.29°。在过滤风速为0.043~0.127 m/s时对粒径为0.3 μm的颗粒进行过滤性能测试，改性后滤料的过滤效率比未改性滤料平均增加2.7672%，过滤品质因数增加0.34%，提高了滤料的过滤性能。此外，在经50次砂纸磨损循环和30 h酸碱溶液浸泡后，疏水滤料仍具有超疏水性。通过清洁煤粉污染的表面发现改性滤料具有优异的自清洁性能。
高焊接热裂纹敏感性是制约新一代合金材料在航空航天领域推广应用的技术瓶颈。本文分别从焊接热裂纹的产生机理和各类合金裂纹敏感性实验的角度梳理该方向的研究进展。焊接热裂纹主要包括凝固裂纹（在焊缝内部产生）和液化裂纹（在焊缝与部分熔化区交界处产生）。影响焊接热裂纹产生的因素包括材料成分、焊接热循环以及接头热应力。在梳理焊接热裂纹机理研究的基础上，分别总结了铝合金、镁合金、先进高强钢以及镍基合金焊接热裂纹的实验研究进展。建立考虑复杂多组元以及结晶形态对裂纹敏感性影响的量化判据，是该领域未来的重要发展方向。针对母材和焊材进行成分优化、添加形核剂或实施辅助工艺措施，是工程应用领域抑制热裂纹缺陷的有效方法。开展焊接热裂纹产生机理及其抑制方法研究，有助于突破新一代合金材料加工技术瓶颈，推进其在航空航天领域的应用。
