基于搅拌摩擦的固相增材制造是大型轻质合金构件成形制造的新技术, 已成为国内外先进成形制造领域研究的热点之一。本文对目前国内外基于搅拌摩擦的金属固相增材制造技术及其相关工艺机理的研究现状进行了分析和总结。常见的基于搅拌摩擦的固相增材制造技术可分为三类: 基于搅拌摩擦搭接焊原理, 使板材逐层堆积, 从而获得增材构件的搅拌摩擦增材制造(friction stir additive manufacturing, FSAM)技术; 采用中空搅拌头, 通过添加剂(粉末或丝材)进行固相搅拌摩擦沉积的增材制造(additive friction stir deposition, AFSD)技术; 采用消耗型棒材, 通过棒材的摩擦表面处理, 形成增材层的摩擦表面沉积增材制造(friction surfacing deposition additive manufacturing, FSD-AM)技术。重点分析了金属材料基于搅拌摩擦的固相增材制造技术的国内外研究与应用现状, 对比了三类基于搅拌摩擦的固相增材制造技术的特征及其工艺优缺点。最后指出增材工艺机理、形性协同控制、外场辅助工艺改型、新材料应用和人工智能优化是基于搅拌摩擦的固相增材制造技术未来研究的重点方向。

三元层状化合物MAX相和新近引起人们注意的MAB相以其兼具陶瓷和金属的共同特性成为结构陶瓷领域20余年的研究热点，而高损伤容限和高断裂韧度是其区别于传统陶瓷的本质特征。本文简要回顾了MAX相的整体发展脉络和MAB相的最新研究进展，重点分析了纳米层状结构对宏观力学行为的影响及其内在机制。基于第一性原理计算结果建立的键刚度模型在实现对化学键强度的定量表征基础上，更重要的是阐明了"足够"弱的层间结合是三元层状陶瓷表现出非凡力学性能的根本原因。而Fe₂AlB₂在室温附近所出现的磁热效应（MCE）则显示了MAB相化合物在功能领域的良好应用前景。经过20余年的持续研究，MAX相化合物的结构和性能逐渐变得清晰，目前针对具体场景的应用研究在世界各地蓬勃开展起来。然而，目前对MAB相化合物的认识还很有限。因此，合成和表征现有已知MAB相化合物的结构、力学性能、物理性能以及基于应用背景的使役行为是现阶段的重要任务。其中，基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理数值模拟可扮演重要角色，正如其在理解MAX相化合物的非凡性能和发现新型化合物时所起的重要作用一样。

随着人们对锂离子电池需求的日益增加, 高能量密度和高功率密度锂离子电池技术成为研究热点之一。材料改性及新材料开发能有效提高电池的能量密度, 除此以外, 孔隙率、孔径大小与分布、曲折度及电极组分分布等电极的微观结构参数也是决定电极及电池性能的关键因素。通过优化电极结构设计提升高比能电池的性能逐渐成为人们关注的焦点。本文综述了锂离子电池多孔电极结构设计优化的研究进展, 总结了多孔电极结构设计要素及制备方法, 最后对电极结构设计优化以及推动新型制备技术的规模化应用在高比能锂离子电池领域的未来发展前景进行展望。

纳米多孔材料由于具有显著的纳米尺度空间效应，在吸附以及膜分离领域中受到了极大的关注。作为无机多孔材料的延伸，金属有机框架材料（metal organic framework，MOF），由于其较大的比表面积、较高的孔隙率和孔结构可调的特点被广泛地应用于气相储存分离、液相的吸附分离和催化反应等各个领域。本文对MOF的种类进行了分类，并对MOF材料的合成方法和粒径调控机理进行了比较，其中，重点介绍了溶剂热合成法的优点。同时，系统地总结了MOF材料在吸附分离研究中存在的问题和局限，并对先进的基于MOF材料的复合膜制备技术进行了展望；总结了MOF在气体储存分离、液体吸附分离以及膜分离方面的应用。最后，针对复合膜的制备提出了通过改变MOF合成方式改善MOF材料与有机膜相容性的思路。

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。

随着合金制造水平的提高及性能要求的复杂化，高熵合金逐渐引起极大的关注。目前在材料加工领域内的研究主要集中于钎焊和表面工程两大方向。在钎焊领域，高熵合金可以作为钎焊填充材料应用于高温和低温钎焊，本文归纳了合金高熵化的相关经验参数，阐述了第一性原理计算和相图计算等模拟计算手段在高熵合金填充材料设计领域内的应用；详细介绍了高熵合金钎料在镍基高温合金、陶瓷-金属异种材料、低温封装等连接领域的最新研究进展。同时，分析了工艺参数对高熵合金钎料钎焊接头组织与性能的影响。在表面工程领域，论述了高熵合金薄膜/涂层的应用方向与制备手段，总结了在高温防护涂层、硬质保护层以及其他应用领域的研究进展。同时归纳了高熵合金在钎焊和表面工程领域研究和应用中存在的问题，而未来将在降低钎料熔点、提高焊缝高温力学性能以及发展共晶高熵合金钎料/涂层等领域进一步提高研究水平。

石墨烯作为一种具有超高热导率的二维纳米材料，在导热领域有着广阔的应用前景。本文综述了石墨烯导热材料的研究进展，介绍了石墨烯本征热导率及其层数、缺陷、边缘情况等对热导率的影响，分析了石墨烯纤维的研究现状及存在的问题，讨论了各类石墨烯导热薄膜（纯石墨烯薄膜/石墨烯杂化薄膜/石墨烯聚合物复合薄膜）热导率的影响因素，归纳总结了各类三维石墨烯导热材料（无规分散石墨烯三维复合材料和特定结构石墨烯三维复合材料）的结构、性能与研究现状，最后指出了目前几种导热材料研究存在的问题并展望了石墨烯未来导热领域的发展方向，尤其是在LED照明、智能手机等高功率、高度集成系统中，石墨烯导热材料有着良好的发展前景。

TiO₂纳米材料因其存在高的光生电子-空穴对复合速率、电子迁移率低、导电性差以及可逆容量低等问题，使其在光催化和电化学等领域的应用受到限制。MXene (M_n+1X_nT_x)作为一种新型的二维过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物，具有独特的二维层状结构、良好的金属导电性和较高的载流子迁移率等特性，将其引入TiO₂纳米材料中构建TiO₂/MXene纳米复合材料，利用两者的协同作用可进一步提高光电性能。本文从TiO₂纳米材料的角度出发，系统综述了零维、一维和二维TiO₂与MXene纳米复合材料的可控制备、结构性能及在光催化和电化学领域应用的最新研究进展，并着重介绍了纳米复合材料的构筑机理及MXene对提高TiO₂的光催化和电化学性能的增强机制等，分析了目前TiO₂/MXene复合材料的制备及其在光催化和电化学领域应用中存在的不足。此外，从优化制备工艺、提升性能和探索相应的性能增强机制等方面对未来TiO₂/MXene复合材料的研究方向进行了展望。

基于不同的高熵合金（high-entropy alloys，HEAs）体系，综述了增材制造高熵合金的最新研究进展，阐述了不同成分高熵合金增材制造的快速凝固微观组织、偏析和析出行为，着重分析了增材制造高熵合金的力学性能、变形及强化机理。指出不同的高熵合金体系应选择适合的增材制造工艺，并且成型质量的影响因素还有待进一步研究，最后提出利用增材制造技术可以研发和制备出具有优异强度-塑性组合的高熵合金。

随着无线信息技术的飞速发展，电磁干扰问题日益突出，在全球范围内引起广泛关注。解决这一挑战的关键是开发能够吸收电磁波的材料。理想的吸波材料应为集承载、防热和强吸收于一体的结构性材料。本文总结了近年来碳基、陶瓷基复合材料及其电磁波吸收性能，这些吸收剂的最终目的是在较薄的涂层上实现更宽的有效吸收频率带宽；介绍了几种典型的、广受欢迎的复合材料的制备方法、结构及其电磁波损耗机制；阐述了现今吸波材料的优势、研究现状及存在的问题。最后，预测了吸波材料未来潜在的发展方向，采用理论、模拟计算以及实际实验紧密结合的手段设计和构筑碳基复合材料将会是必然趋势。

负泊松比超材料和结构具有优异的抗剪切性能、抗冲击性能、抗断裂性能、吸能隔振、渗透率可变性能、曲面同向性等力学性能，在航空航天、航海、机械自动化、生物医疗、国防军事、纺织工业等领域具有广泛的应用前景。本文从负泊松比超材料和结构的变形机理出发，综述了内凹结构、旋转刚体结构、手性/反手性结构、纤维/节点结构、折纸结构、褶皱结构、弯曲-诱导结构、螺旋纱线结构等物理模型，这些模型具有广泛的适用性，可运用于轻质夹层板、流体输送、纱线等工程应用，有利于改善结构的使用性能。最后，本文对负泊松比超材料和结构未来的挑战和在航空航天、军事等领域的应用进行了展望，指出利用负泊松比逆转了正泊松比对单轴应力引起的体积和面积变化的补偿效应可有效改善发动机叶片、深空天线以及汽车吸能盒等关键构件的抗冲击性能等，以期为负泊松比超材料和结构的推广应用提供参考。

新能源汽车行业的蓬勃发展对高性能锂离子电池需求越来越迫切。作为锂离子电池的重要组成部分，电极性能对于锂离子电池整体性能的影响十分显著。而在电极中，作为多组分混合物浆料的均匀性和稳定性对于电极片性能的影响巨大。但是目前研究者们的重点通常都是放在电极特性和电池组装工艺上，对决定电池性能浆料的特性研究较少。电极组分的均匀性是由浆料组分的均匀性和稳定性决定，而浆料是一种多组分悬浮颗粒组成的复杂体系，其均匀性和稳定性难以直接观测，浆料的流变性能是当前能反映浆料均匀性和稳定性的最有效的指标参数。本文阐述了近年来锂离子电池电极浆料制造过程中活性物质、黏结剂、导电剂、溶剂、分散添加剂、pH值、温度、混合步骤对浆料流变性能的影响，总结了这些因素对浆料流变性能的影响规律，为研制出更加均匀和稳定的浆料体系及高性能锂离子电池提供一定的指导作用。

锂金属具有低的氧化还原电位(-3.04 V vs标准氢电极)和高比容量(3860 mAh/g)，是理想的锂二次电池负极材料。由金属锂负极/固态电解质/嵌锂正极组装的固态锂电池，有望成为未来航空航天、机器人、高端电子和电动汽车等相关技术产业的动力源。然而，在充放电过程中，由于锂的不均匀沉积-溶解造成锂与电解质接触面产生大量树枝状枝晶，并沿着电解质方向不断生长，最终造成电池内部短路而失效。使用较高杨氏模量的固态电解质，可以很大程度上阻挡锂枝晶的生长，但仍不能满足电池长循环和安全性的要求。此外，金属锂与固态电解质表面是固固接触，造成了界面电阻大以及金属锂与固态电解质的界面反应等问题，这严重阻碍了固态锂金属电池的发展与使用。本文综述了近年来基于固态电解质的金属锂电池抑制锂枝晶生长和提高固固界面相容性的相关策略，并对金属锂/固态电解质界面设计的发展趋势进行展望。

光子晶体是由具有不同介电常数的物质，在空间按照周期性排列形成具有光子带隙的介电结构材料。光子带隙中的慢光子和带隙反射可以促进光子的捕获和控制光与物质之间的相互作用。基于光子晶体独特的光学特性和较大的比表面积，将光子晶体结构引入到半导体光催化材料的设计中，可以有效地增强光催化反应活性。本文介绍了三维光子晶体的制备方法及慢光子效应，总结了光子晶体特别是反蛋白石结构的光子晶体作为光催化剂在废水净化、制氢、二氧化碳的转化等领域的研究进展，并针对光子晶体光催化剂面临的挑战，提出了开发具有不同折射率和周期性的多层三维光子晶体，促进光子晶体在光催化领域的应用。

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。

钛合金具有良好的生物相容性，同时相比传统植入物金属材料有较低的弹性模量，在生物环境下具有良好的抗腐蚀性能，这些优异的性能使钛合金作为医用植入物材料备受青睐。钛及钛合金作为医用植入物材料在临床中得到广泛应用。在不同的临床应用过程中，植入物材料常因金属的降解、与骨的生长融合、抗菌等因素，而对材料本身的性能有着不同的要求。因此，制备具有优异综合性能的钛合金材料以满足临床需求是科研工作者当前面临的重要问题。本文系统介绍了医用钛合金材料的结构、性能特点及目前在骨科应用方向的研究现状，在未来研究中，将通过改变元素组成、增加表面改性、优化生产工艺等方式，使钛合金材料能够以优异的综合性能更好地服务于人类。

锂金属电池被认为是最具潜力的高能量密度储能器件之一，但是锂金属电池负极低库仑效率及不可控的枝晶生长等问题阻碍了其商业化进程。在锂金属电池中，电解液会直接参与固态电解质界面膜（SEI）的形成，对锂金属负极的库仑效率、枝晶生长等产生重要影响。传统LiPF₆基酯类电解液中，锂金属库仑效率低，且锂枝晶现象严重。近年来通过电解液添加剂、溶剂、锂盐以及锂盐浓度等途径调控电解液化学，在锂金属负极保护上取得了显著效果。例如，采用与锂金属负极兼容性更佳的醚类溶剂，可以降低电解液与锂金属的反应性；采用多种添加剂与新型锂盐复配可以有效抑制锂枝晶的形成；采用高浓度锂盐电解液，可以形成稳定SEI膜等。本文综述了锂枝晶的生长原理以及通过溶剂、锂盐、添加剂和高浓度电解液等策略调控电解液化学保护锂金属电池负极的研究现状，总结了各种途径的优势及局限性。并对锂金属电池电解液的发展提出了新的见解，以激发新的策略面对锂金属电池后续的挑战。

MXene是一类新兴二维（2D）结构的过渡金属碳/氮化物材料，具有独特的层状结构、亲水性、高导电性和催化活性等特点，在水处理领域受到越来越多的关注。首先介绍了MXene及其合成方法，综述了MXene在吸附、光催化和膜分离等方面的应用。其次讨论了MXene的结构调控、表面改性以及复合等对MXene吸附性能的影响机制和有效异质结的形成、活性晶面的暴露以及贵金属沉积等对MXene基光催化剂催化性能的影响机制；详述了构建高效分离污染物、淡化海水的MXene基分离膜的方法。最后归纳并分析了目前MXene在水处理领域应用中存在的问题，对如何设计性能优异的MXene基水处理材料提出了展望。

为了满足储能系统和电动汽车市场对于高能量密度和快充的需求，兼具高能量和高功率密度的锂离子电池得到了广泛的关注。厚电极结构设计能够显著提高电池的能量密度并降低成本，且能与各种电极材料相兼容，是发展高能量密度锂离子电池的研究热点之一。厚电极通常面临着力学性能差和反应动力学慢等问题，因此构建力学性能良好和完善的锂离子及电子传输网络的厚电极至关重要。本文首先分析了厚电极的电化学特性和关键科学问题，然后梳理了目前构建厚电极的各种策略及其优势，最后探讨了厚电极的设计原则和发展方向。

作为新一代医用可降解生物材料，镁合金凭借其良好的生物相容性、独特的降解性、优异的力学传递性，被誉为"革命性的医用金属材料"。然而，镁合金耐蚀性能较差，存在降解过快以及降解不均匀等现象。本文从微合金化、热加工工艺、塑性变形工艺以及表面改性4种处理方式全面介绍了目前改善镁合金降解性能的研究进展，并对比了不同工艺处理方式下医用镁合金的体内外降解速率和降解模式，揭示了镁合金不同工艺处理条件下的组织演变、膜层特性对Cl^-的膜层破坏机制及三维降解形貌的影响规律，建立起在模拟液中不同工艺条件与镁合金腐蚀降解速率的关联数据分析模型，最后指出从多角度解析微观结构对镁合金降解性能的作用机制，构建微观组织对镁合金降解寿命预测模型是未来该领域的研究重点。

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。

功能高分子材料是一类具有催化性、导电性、光敏性、生物活性等特殊功能的高分子材料，对物质、能量、信息具有传输、转换或贮存的作用。功能高分子材料具有质量轻、种类多样、专用性强等特点，广泛应用于机械、信息技术、生物医学等多个领域。功能高分子材料的发展非常迅速，为满足各领域对新技术发展的需要，功能高分子材料逐渐往多功能化方向发展，比如电磁材料、光热材料等相继出现。而随着智能高分子的出现，功能高分子材料也逐渐向着智能化发展，比如自修复功能高分子材料、形状记忆材料等。本文综述了近年来功能高分子材料的研究进展，重点介绍了反应型功能高分子材料、光功能高分子材料、电功能高分子材料、生物医用功能高分子材料、环境降解高分子材料、形状记忆高分子材料及智能高分子水凝胶这几类功能高分子材料，并对其应用做了简要阐述。目前功能高分子材料更多的是仅有光电等传统功能或形状记忆等特殊功能，相信兼有传统功能和特殊功能的功能高分子材料将是未来材料的发展方向。

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。

以三维结构的石墨烯气凝胶为填料，通过真空浸渍的方法，将环氧树脂浸入并固化，制备石墨烯气凝胶/环氧树脂复合材料。利用FT-IR，XPS和XRD等测试手段，研究制备过程和炭化处理中石墨烯气凝胶的化学结构变化。实验结果表明：氧化石墨烯和聚酰胺酸，通过物理吸附的方式，形成石墨烯气凝胶。300℃热处理使得聚酰胺酸亚胺化成聚酰亚胺，氧化石墨烯得到部分还原。随着炭化温度的提高，石墨烯气凝胶中的石墨烯片层还原程度越高，聚酰亚胺炭化程度越高。与此同时，扫描电镜和光学显微镜结果表明，炭化处理和真空浸渍后，石墨烯气凝胶仍然可以保持良好的三维网络结构。在此基础上，石墨烯气凝胶作为导电填料，利用其三维网络结构，使得对应的复合材料具有良好的导电性能和电磁屏蔽性能。在石墨烯气凝胶含量仅为6.23%（质量分数）时，复合材料的电导率就可以达到252 S·m^-1，电磁屏蔽效能高达75 dB。

为满足先进航空发动机发展需求，航空发动机涡轮叶片的结构日趋复杂，并且作为涡轮叶片首选材料的单晶高温合金中高熔点合金元素含量不断增加，由此导致单晶高温合金涡轮叶片制备过程中结晶缺陷形成倾向增大，直接影响单晶涡轮叶片的质量。本文以单晶高温合金定向凝固过程中出现的一种晶体缺陷——雀斑为讨论对象，综述了近年来雀斑形成机制、判据模型及其控制方法相关研究工作，分析了合金成分、叶片结构、定向凝固工艺和结晶取向对雀斑形成机制的影响，指出考虑不同合金体系中的合金元素与定向凝固过程的参数对雀斑形成的影响，进一步研究复杂结构单晶涡轮叶片雀斑形成规律，建立雀斑预测与控制的有效方法是未来的研究方向。

界面是影响镁基复合材料综合性能的关键因素, 如何进行界面调控一直是镁基复合材料的研究热点。本文围绕镁基复合材料三种界面结构类型(共格界面、半共格界面和非共格界面), 针对影响界面性能的两个关键问题(界面润湿性和界面反应), 综述了界面优化方案的研究进展, 提出了实现良好界面结合的界面结构设计与调控准则: 良好润湿性与轻微界面反应。针对镁基复合材料的界面性能提升, 可以考虑添加稀土元素, 起到净化界面、改善润湿性的作用; 根据工程需要选择基体和增强体, 得到某方面性能优异的复合材料; 开发新的增强体表面涂层, 充分提高界面结合能力; 通过第一性原理等计算模拟方法, 深入探究界面结构与界面性能之间的关系。

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。

随着我国月球取样返回、火星探测的开展以及空间站建设的推进，航天任务的发展对高性能材料提出了新的要求。本文在对我国航天发展现状和趋势进行简要分析的基础上，从轻质高性能结构机构材料、轻质高效热防护材料、结构功能一体化材料、新型多功能复合防护材料、耐极端温度功能材料、智能材料、高性能航天服材料、功能梯度材料、超材料、3D打印材料及4D打印材料与结构等角度论述了我国航天科技发展对高性能材料的需求，最后提出了利用纳米技术、材料基因工程等新技术，并将空间环境纳入航天材料的研制全流程中，进一步开展航天材料的研制和开发。

碳纳米管（CNTs）作为纳米材料研究中的一个重要发现，自其诞生以来就成为碳材料领域的研究热点之一。金属有机框架（MOFs）凭借其独特的多孔结构，近年来在各领域的应用已经成为研究前沿之一。随着材料科学的不断发展，对具有不同功能特性材料的复合技术研究，已经成为解决材料应用领域中关键问题的主要方法。而碳纳米管和金属有机框架作为目前材料领域两类十分重要的纳米材料，通过复合技术将碳纳米管的高导电特性和金属有机框架材料的高比表面积、丰富孔道分布特性相结合是研究与应用的必然趋势。本文综述了近年来金属有机框架和碳纳米管的主要复合形式和制备方法，整理了复合材料在超级电容器、锂电池、催化、吸附等领域的最新研究进展，对两种材料性能的协同提升方面进行了讨论和总结，并指出CNTs与MOFs材料的复合以及CNTs的生长分布具有很高的随机性，对其实现进一步控制是未来的技术研究重点。

随着军用载具所受威胁的不断升级，对于驾驶舱的防护要求也在增加。传统以防弹玻璃为主的透明装甲已难以满足使用要求。更轻更薄的陶瓷基透明装甲正在逐渐成为主流选择。与其他防弹装甲相似，透明防弹装甲的主要研究方向包括：寻找性能更优的材料用于装甲组件；通过实验或计算机模拟对结构设计与弹道实验进行指导；更加深入地了解装甲材料所需的主要性能、系统整体性能以及整个系统各组件之间的相互影响。依据这一思路，本文首先简要综述了陶瓷透明防弹装甲研究较多的三种迎弹面陶瓷材料的优缺点、制备工艺以及各自的发展及应用水平，三种陶瓷中蓝宝石的静力学参数最优，而实际防弹效果则以多晶陶瓷更好，导致这一现象的原因主要是两类陶瓷碎裂模式的不同产生的弹丸-陶瓷相互作用效果的差异；然后对多晶陶瓷、单晶、玻璃三种类型材料高应变率下的裂纹扩展特性和防弹性能进行了讨论，高应变速率下材料裂纹扩展特性对冲击能量/速率是敏感的，多晶陶瓷是沿晶断裂和穿晶断裂的复合扩展方式，蓝宝石高能冲击下裂纹扩展特征类似多晶陶瓷，临界能量以下则以沿特定晶面的解理断裂为主；最后对透明防弹装甲各功能层的选材标准和结构设计原则进行了总结与展望，迎弹面优选高杨氏模量、高硬度的细晶粒多晶陶瓷材料，中间层选用具有良好的断裂韧度、高弯曲刚度以及将破碎控制在较小范围的能力的材料，背弹面要求材料具有一定的延展性和低密度的特点。各层之间需相互配合才能实现透明陶瓷装甲防弹效能的最大化。

碳/碳（C/C）复合材料因密度低、抗热震性能好以及高温力学性能优异等众多优点被广泛应用于航空航天领域，但抗氧化性较差使其应用受到很大限制。将超高温陶瓷（UHTCs）引入C/C复合材料基体制备超高温陶瓷基体改性碳/碳复合材料（C/C-UHTCs）是目前提高C/C复合材料抗氧化性的主要途径。当前C/C-UHTCs的多种制备工艺都无法兼具低成本、高效率、均匀致密的效果；相比于C/C复合材料，C/C-UHTCs的抗氧化耐烧蚀性能和力学性能都得到了提升。为了满足现代尖锐前缘飞行器的发展需求，C/C-UHTCs的抗氧化耐烧蚀性能还需要进一步提高；同时，还需要降低C/C-UHTCs的脆性，提高材料的可靠性，避免发生脆性断裂。为了给后续研究提供参考，从制备工艺、结构特征、抗氧化耐烧蚀性能以及力学性能四个方面综述了C/C-UHTCs当前的研究进展，并预测C/C-UHTCs的制备工艺将从降低成本、减小对纤维增强体的损伤等角度进一步优化，以赋予制备材料更为均匀致密的结构以及更优的性能。

组织工程支架要求材料具有良好的生物相容性、相匹配的力学性能，以及利于细胞生长繁殖的形貌和结构。尽管人们已经开发出了大量生物材料用于制备组织工程支架，然而，组织工程支架的成形困难和力学性能差等问题仍然严重限制着其发展。以海藻酸钠为原材料，通过添加琼脂糖增强其力学性能，研究不同比例海藻酸钠/琼脂糖复合凝胶的结构和形貌变化，测试其力学性能。利用直写打印成形复合水凝胶支架，观察复合凝胶中微观孔隙的大小。结果表明：不同比例的海藻酸钠/琼脂糖复合凝胶含水量差异较小，均在90%附近。除了纯琼脂糖凝胶和体积比为1：2的复合凝胶外，其他比例的复合凝胶表面和断面均比较粗糙。琼脂糖能在一定程度上增强复合凝胶，海藻酸钠与琼脂糖的体积比2：1的复合凝胶压缩模量最高，可达0.353 MPa。碳酸钙的分解在复合凝胶中产生了亚微米级的孔隙，因此制备出的复合凝胶具有适合细胞生长繁殖的粗糙表面和微观孔隙。

采用两步法制备甲基硅酸盐/硅酸盐复合膜，通过扫描电子显微镜(SEM)及EDS分析、红外光谱(FT-IR)分析、接触角测试、中性盐雾实验和极化曲线等对膜层的微观形貌、化学组成、疏水性及耐腐蚀性能进行了研究，并与单独的硅酸盐膜、甲基硅酸盐膜进行对比。利用电化学阻抗谱和等效电路拟合分析甲基硅酸盐/硅酸盐复合膜的防腐蚀机理。结果表明：甲基硅酸盐/硅酸盐复合膜层的外层与单独甲基硅酸钠膜的成分含量基本一致，但其微观形貌与单独甲基硅酸盐膜表面布满裂纹不同，复合膜层的表面均匀平整、没有开裂，膜层附着性好。单独硅酸盐膜为亲水性膜层，甲基硅酸盐/硅酸盐复合膜表现出疏水性，与单独硅酸盐膜相比，复合膜对腐蚀的阴极过程的抑制明显增强，极化阻抗增加至单独硅酸盐膜的5倍以上，复合膜的总阻抗值超过100 kΩ·cm²，复合膜的腐蚀电流密度比单独硅酸盐膜的降低了60%。

镁合金具有密度小、阻尼减振降噪性好和导电性好等优点，是目前工程应用中最轻的金属结构材料。但镁合金电极电位低、易腐蚀的缺点，限制了其在工业上的应用。目前，表面涂层防护技术是提高镁合金耐腐蚀性最有效的方法之一。氧化石墨烯（GO）因具有显著的热学和阻挡性能，在金属保护等方面具有广阔的应用前景。基于GO设计的涂层可以对腐蚀性介质提供良好的物理屏障，已成为防腐蚀涂层的候选材料之一。本文对单一组分的GO纳米片本身存在团聚和相容性差等局限性问题提出了解决方案。主要回顾了GO复合涂层制备方法和类型，总结了在镁合金防腐领域的最新研究进展，并深入分析了其保护机理。最后，对GO运用到的镁合金表面腐蚀防护涂层的未来发展趋势进行展望。重点阐述了镁合金表面氧化石墨烯复合涂层的制备方式以及种类，综合说明了镁合金表面氧化石墨烯涂层的研究进展以及腐蚀保护机制。

3D打印技术是一种快速兴起的新型数字化制造技术，因具有设计自由、大规模定制以及快速原型制造等优点，在医学、航天、汽车、食品等领域应用前景广阔。随着精准化、个性化医疗需求的增长，3D打印技术逐渐被应用到医疗领域，如植入物制造、诊断平台和药物输送系统等，并成为目前较为前沿的研究领域之一，其个性化定制的特点使得3D打印技术能够根据患者的病情制备相应的医疗产品以帮助患者康复。因此，本文概述了3D打印技术的发展，分类介绍了可用于3D打印的医用材料，以及3D打印技术在医疗领域的应用。但是3D打印的植入物是静态的，无生命的，不能随着内环境的变化进行适应性调整，4D打印可以制造出具有"活性"且结构更为复杂的、与天然组织结构非常相似的工程化组织结构，其继承了3D打印技术优点的同时，弥补了现有3D打印的一些缺陷，未来在医学领域会有更广阔的应用前景。

以煅烧α-Al₂O₃粉末为原料，硅溶胶为高温结合剂，羧甲基纤维素钠为成型黏结剂，通过混料、困料、模压成型、高温烧结等工序制备氧化铝多孔陶瓷，利用SEM和XRD对多孔陶瓷微观形貌和晶体结构进行测试，并对多孔陶瓷的线收缩率、体积密度、显气孔率和抗弯强度进行表征，系统地研究硅溶胶添加对氧化铝多孔陶瓷高温烧结特性的影响。结果表明：低温下硅溶胶的热解产物石英型SiO₂将氧化铝颗粒黏结起来，形成物理黏结，能提高多孔陶瓷的力学性能；烧结温度达1500℃时，SiO₂开始与氧化铝反应形成莫来石，莫来石结合相的生成使得氧化铝多孔陶瓷趋于致密，力学性能优异，抗弯强度可达(105.5±8.0)MPa；随烧结温度的升高莫来石生成量增多，导致氧化铝多孔陶瓷的体积膨胀，进而使得孔隙率增大，力学性能降低。烧结温度介于1400~1500℃之间时，可以得到微观结构合理、力学性能优异、孔隙率适中的氧化铝多孔陶瓷。

以4，7-二溴-2，1，3-苯并噻二唑为光活性基团，将其与1，3，5-三乙炔苯通过Sonogashira偶联反应合成出苯并噻二唑功能化的CMP-3-BT共轭微孔聚合物。所合成的CMP-3-BT由微球和弯曲丝状纳米带组成，呈现出复杂的分级结构，且具有半导体性质，其禁带宽度为2.24 eV。以蓝光LED灯（425 nm，3 W）为光源，以过氧化氢为辅助剂，在室温和氧气氛围下，CMP-3-BT可将各种取代苯甲硫醚高效、高选择地氧化成相应的甲基苯基亚砜。电子顺磁共振谱表明上述光催化过程产生的¹O₂和O₂^·-是氧化苯甲硫醚的主要活性物种。CMP-3-BT经过6次循环使用后催化性能未发生改变，表明CMP-3-BT是一种结构稳定、性能优异、可循环利用的绿色催化剂。

与传统锂离子电池相比，全固态锂金属电池因其安全性好、能量密度高的特点备受关注。但是电极与固态电解质的固固接触带来较大的界面阻抗，而锂金属较为活泼易与固态电解质发生反应，造成了界面不稳定。界面问题已经成为制约全固态电池发展的关键因素之一。有机-无机复合固态电解质兼顾无机固态电解质和有机固态电解质的优势，具有较高离子电导率和一定的力学强度，展现出优异的实用化前景。本文综述了近年来复合固态电解质与金属锂负极界面改性的研究进展，总结了当前界面改性的主要研究思路：包括在界面构筑"软接触"、调节固态电解质的力学性能以及调控界面处锂离子的沉积动力学过程等。同时，也对今后界面改性的研究趋势进行了展望。

利用XRD技术对静态压缩和高速压缩高锰相变诱发塑性（TRIP）钢中γ（奥氏体）、ε-M（六方马氏体）和α'-M（体心马氏体）的体积分数进行计算，以确定应变速率对γ→ε-M和ε-M→α'-M相变动力学特征的影响。利用EBSD技术和相变晶体学计算对高速压缩样品中的γ→ε-M和ε-M→α'-M相变取向依赖性进行分析。结果表明：应变速率对γ→ε-M和ε-M→α'-M相变具有不同的影响。与静态压缩相比，高速压缩使得γ→ε-M相变被抑制、ε-M→α'-M相变被促进，这是由于两阶段相变分别受层错能和应力的影响较大。高应变速率使得变形初期的马氏体相变速率显著提高。高速压缩变形样品仍具有马氏体相变取向依赖性，这取决于不同取向γ晶粒内相变机械功的大小。γ→ε-M相变难易与ε-M的相变机械功有关；ε-M→α'-M相变难易则同时取决于ε-M和α'-M的相变机械功。

固体氧化物燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的清洁、高效的能量转化器件。传统的金属陶瓷阳极材料存在碳沉积、硫中毒和氧化还原循环稳定性差等缺点，限制了其商业化应用。为了改善金属陶瓷阳极在实际应用中遇到的问题，近年来混合电子-离子导体的钙钛矿陶瓷阳极得到了长足的发展。其中，结构组成为Sr₂Fe_1.5Mo_0.5O_6-δ的阳极材料具有较好的稳定性、较高的电导率、合适的热膨胀系数和优异的电化学性能，因而被广泛研究，特别是元素掺杂。本工作根据钙钛矿ABO₃可掺杂的位置，分别从A位、B位和O位掺杂进行讨论，总结了各元素掺杂和掺杂量对Sr₂Fe_1.5Mo_0.5O_6-δ的容忍因子、晶体结构、稳定性、电导率、热膨胀系数和电化学性能等的影响。这些掺杂策略为改性Sr₂Fe_1.5Mo_0.5O_6-δ钙钛矿阳极提供了新颖的思路，此思路也可用于改性其他同类钙钛矿阳极材料。最后总结了Sr₂Fe_1.5Mo_0.5O_6-δ和典型钙钛矿陶瓷阳极材料的发展方向：一方面可通过阴离子掺杂和共掺杂策略进一步提高钙钛矿陶瓷阳极材料的性能；另一方面可采用密度泛函理论进一步阐明元素掺杂的作用机制。