随着激光增材制造基础理论研究和设备水平的提升，激光增材制造技术越来越多地应用于大型复杂结构的生产制造。激光增材成形过程中形成的应力会导致成形件变形、开裂，因此应力变形的控制是激光增材制造过程亟待解决的关键问题。本文总结了激光增材制造残余应力形成机制、应力变形测试技术和应力变形调控措施等方面的研究现状，提出了激光增材制造应力变形调控存在的主要问题及以后的研究方向，为高性能金属构件激光增材制造"控形"研究提供指导。

4D打印是3D打印结构在形状、性能和功能方面有目的性的演变，具有时间相关性、打印机无关性和可预测性，其智能动态特性使其具有良好的性能和广阔的应用前景。本文在简要回顾4D打印国内外现状的基础上，给出了4D打印的概念和组成要素，进而从打印结构形状变化的维度对4D打印进行了分类，同时对4D打印组成要素中的打印材料、激励机制和数学建模方法等关键技术进行了分析，最后指出4D打印技术的发展方向是将智能材料与3D打印相结合，将复杂结构简单化制造，利用其独特的自组装、自适应和自修复特性，实现在航天、深海、精确医疗等特殊服役环境和领域的自动化、智能化、个性化应用。

3D打印技术是一项根据计算机模型设计快速加工和制造复杂几何形状组件的增材制造技术之一。其基于三维数据模型，通过电脑控制将材料进行逐层累积，最终将三维模型变成立体实物。相比于传统制造方法，3D打印技术具有节约工时、易操作、不需要模具、组件几何形状可控性强等优势。随着该技术的发展，依据打印技术成型的核心、材料以及设备等产生了熔融沉积塑型、选择性激光烧结成型、光固化立体成型/数字光处理成型、溶剂浇铸成型等若干类型的3D打印技术。本文重点介绍其中最具代表性的4种3D打印成型工艺的原理和特点，基于碳纳米管增强聚合物复合材料，综述近年来不同3D打印成型工艺的研究进展，同时预测3D打印成型工艺在该领域会向着高精度、产业化、大众化和高集成度的方向发展，3D打印材料的研发也会更具前景。

铝合金是实现结构轻量化的首选材料，在航空航天、交通运输、船舶舰艇等领域具有广阔的应用前景。铝合金增材制造技术在复杂三维精密结构件的制造方面具有突出的优势和潜力，而且具有高效快速、成形结构可控性高等优点。关于铝合金增材制造技术的迅速发展，本工作从组织与性能、成形精度和质量、成形缺陷控制和数值模拟4个方面，着重介绍了铝合金增材制造的研究现状和最新成果，总结了当前研究存在的不足。在此基础上，对铝合金增材制造技术未来应关注的研究方向给出建议，即实现增材件微观组织控制、阐明增材件应力形成机理、提高增材件的成形精度、研究成形过程中的温度场分布规律等。

短应力线轧机是钢铁制造行业大规模使用的机电一体化设备。我国是世界上废旧轧机保有量最大的国家，大部分轧机都因在高温、高湿、微动磨损恶劣环境下服役而导致轧机系统精度下降，失效报废。同时，废旧报废状态的轧机占用企业大量的存储和场地资源，闲置轧机的自然腐蚀将会造成严重的环境污染。激光再制造技术是一种新型高效绿色的轧机修复再制造技术，本文总结了短应力线轧机主要失效方式和激光再制造技术的应用概况。从轧机工况分析、失效机理、材料设计等方面详细评述了短应力线轧机激光再制造存在的主要问题，以及针对这些问题开展的国内外相关研究工作和最新发展动态。在此基础上，指出设计轧机激光再制造专用材料、研发激光再制造过程的实时监测和反馈系统、建立激光再制造后轧机服役性能评价标准、拓展轧机整机激光再制造领域将是未来的主要发展方向。

冷喷涂是一种固态快速成形技术，现已用于增材制造、修复损伤的航空航天用零部件等。但冷喷涂沉积体的固有特性——高强低塑，限制了其工业应用。本文综述了冷喷涂复合加工技术的新进展及应用。重点讨论了冷喷涂可复合机械加工和喷丸等普通加工技术，也可与激光、热处理、热轧、热等静压、搅拌摩擦加工、搅拌摩擦焊和钎焊等热加工技术复合，提升冷喷涂沉积体的强塑性，以及冷喷涂层作为强化层促进有色金属的连接。最后指出冷喷涂与多种机械加工工序的协调、与焊接技术的复合等方面仍需加强，旨在复合其他技术来扩展传统加工制造的内涵。

在有机挥发性气体（volatile organic compounds，VOCs）传感器中，对VOCs产生选择性吸附作用的敏感膜是至关重要的部分，传感器的响应效能取决于敏感膜的材料和制备方法。本文总结了用于VOCs传感器的有机聚合物材料、无机纳米材料、超分子材料和复合材料等不同结构类型的敏感膜材料，通过分析其化学组成、制备方法及结构特征，探讨并比较VOCs在各种敏感膜材料上的吸附性能及相互作用机制，特别介绍了近年发展起来的金属有机框架（metal-organic frameworks，MOFs）材料在VOCs传感器中的应用及敏感机理。最后对敏感膜材料在VOCs传感器研发中面临的挑战及发展趋势进行了讨论和展望，包括传感器的灵敏度、交叉响应、寿命等性能问题，研发孔隙率高、比表面积大的敏感材料将有望解决这些挑战。

便携式电子器件迅速发展，安全性能更高的聚合物电解质受到广泛关注。本文介绍了近些年应用于超级电容器的各类聚合物电解质，包括全固态聚合物电解质、凝胶聚合物电解质、多孔聚合物电解质、复合聚合物电解质以及能够提供赝电容的氧化还原聚合物电解质，并详细讨论了上述聚合物电解质的特点和研究进展。提出了发展宽电压窗口、高离子导电型、高机械强度、质轻且薄的有机复合凝胶聚合物电解质会是超级电容器电解质领域未来的发展趋势；综合性能优异的聚合物电解质将会在超级电容器等新能源领域发挥重要作用。

为研究复合材料层间和界面对吸湿扩散系数的影响，开展单向玻璃纤维/环氧复合材料和纯环氧树脂的吸湿实验，获取复合材料的三维扩散系数。采用光学显微镜和原子力显微镜分别获取复合材料层间和界面的参数。依据实验结果，建立包含层间和界面的复合材料瞬态扩散与稳态扩散有限元模型。结果表明：复合材料沿纤维方向的扩散系数大于纯树脂的扩散系数，垂直于纤维的两个方向的扩散系数不相等。包含层间的有限元模型能更真实地反映复合材料的结构及其吸湿过程，层间对垂直于纤维方向的扩散起促进作用。纬纱对沿其方向扩散的促进作用明显。为拟合复合材料的三维扩散系数，需要考虑界面扩散性能的正交各向异性。

运用共价官能化技术，实现纳米SiO₂表面接枝3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）改性（T-SiO₂），并制备功能化纳米SiO₂改性环氧树脂复合材料（T-SiO₂/EP），分析改性后纳米SiO₂表面官能团和化学元素的变化规律，测试T-SiO₂/EP的主要力学性能，研究其在干摩擦条件下的摩擦磨损行为与机制。结果表明：功能化纳米SiO₂的引入，有效改善了环氧树脂的力学与摩擦学性能，且当功能化纳米SiO₂含量为2%时（质量分数，下同），环氧复合材料（2% T-SiO₂/EP）的显微硬度和断裂韧度均达到最大值（70.2HD和1.02MPa·m^1/2），并具有优异的减摩耐磨性能。干摩擦条件下，2% T-SiO₂/EP复合材料的摩擦因数和磨损失重分别为0.49和1.7mg，较纯环氧树脂分别降低了31.9%和34.6%，较未改性纳米SiO₂增强的环氧树脂复合材料（U-SiO₂/EP）分别降低了14%和10.5%，并对相应的磨损机理进行了分析。

通过二酐水解程度控制改性聚酰亚胺前驱体的方法，对3，3'，4，4'-联苯四酸二酐（BPDA）-对苯二胺（PDA）型聚酰亚胺前驱体溶液的黏度进行调控。前驱体的化学结构通过红外光谱（FT-IR）和核磁氢谱（¹H-NMR）进行表征，并考察二酐水解对前驱体溶液黏度、亚胺化过程和材料性能的影响。结果表明：水解BPDA与PDA反应生成的前驱体，同时含有酰胺酸和羧酸铵盐官能团结构；羧酸铵盐的引入可降低前驱体溶液黏度，实现黏度在10~10⁵cP范围内的有效调控；羧酸铵盐的存在未影响前驱体的完全亚胺化，使得材料力学性能得到保持；同时，该黏度调控方法具有降低BPDA-PDA型聚酰亚胺薄膜热膨胀系数的作用。

通过离子束溅射（IBS）与Pt，Cu双靶移动工艺制备PtCu/C合金固溶度梯度薄膜。利用1mol/L的HNO₃对梯度薄膜进行表面刻蚀处理，得到具有大比表面积的催化剂表面结构。X射线衍射（XRD）分析结果表明：复合膜电极表层形成了PtCu置换固溶体合金，原有的Pt晶格收缩，晶面间距缩小；原子力显微镜（AFM）和高分辨透射电镜RTEM&STEM测试结果表明：后处理的样品表面具有多峰结构和沟孔状结构；采用循环伏安法（CV）和线性扫描伏安法（LSV）对样品的电化学析氢性能进行测试，结果表明：梯度材料去合金化可以有效地降低铂载量的同时，提高电化学析氢交换电流密度，后处理样品的Pt载量降低20.29%，电化学析氢交换电流密度达到0.004217A/cm²，催化性能提高20.58%。

通过两步法在碳布（CC）上成功制备MnO₂@Ni（OH）₂核/壳纳米线阵列（NWAs），并应用于柔性全固态非对称超级电容器（ASCs）中。Ni（OH）₂纳米片整齐地包覆在每个MnO₂纳米线上，与纯MnO₂纳米线相比获得了更高的比电容值（在扫描速率为5mV/s时，比电容值为432.8F/g）。该电极材料同时具有良好的循环稳定性，在5A/g下充放电2000圈后，仍保持初始比电容的92.3%。自组装的MnO₂@Ni（OH）₂//MnO₂ ASC具有1.8V的宽电势窗口，输出了高能量密度（69.2Wh/kg）和高功率密度（当54.6Wh/kg时4.5kW/kg）。结果表明，MnO₂@Ni（OH）₂ NWAs以碳布作为柔性基底，拥有高比表面积可以被大规模地应用在超级电容器领域中。

为了研究Ba²⁺与KDP晶体表面相互作用的本质，采用密度泛函理论（DFT）方法对Ba²⁺在KDP（100）表面的吸附行为进行计算。结果表明：Ba²⁺在KDP（100）表面的吸附能为负值，吸附过程为自发的放热反应。通过结构优化得到3种稳定的吸附构型，最终吸附位置为O原子的顶位或两个O原子之间的桥位。当Ba²⁺位于磷酸根基团中的两个O原子之间的桥位时，吸附最稳定。在3种吸附构型中，Ba²⁺与表面O原子均通过离子键结合，而与表面最外层H原子则会产生一定的共价相互作用。另外，Ba²⁺吸附使KDP（100）表面的P-O键、H-O键以及K-O键有不同程度的伸长或缩短，同时表面的氢键结构也发生了明显的变化。

采用水热法制备三维分级结构Bi₂WO₆，在此基础上采用浸渍-焙烧法将g-C₃N₄量子点成功沉积在Bi₂WO₆的表面，获得Z-型结构g-C₃N₄/Bi₂WO₆光催化剂。采用XRD，FE-SEM，TEM，UV-Vis-DRS测试手段对催化材料的组成、形貌和光吸收特性进行表征。以亚甲基蓝（MB）和对硝基苯酚（p-NPh）为模型污染物，考察g-C₃N₄量子点表面修饰对Bi₂WO₆光催化活性的影响。结果表明：所得Bi₂WO₆为三维分级多孔结构，孔尺寸约为10nm，浸渍-焙烧法可将尺寸约5nm的g-C₃N₄量子点沉积在其二级结构纳米片表面。Z-型结构g-C₃N₄/Bi₂WO₆光催化剂的催化活性优于纯Bi₂WO₆的，且10% g-C₃N₄/Bi₂WO₆（质量分数）异质光催化剂对MB的降解表观速率常数（k_app）分别为纯Bi₂WO₆和g-C₃N₄的4.5倍和5.8倍，对p-NPh的k_app分别为纯Bi₂WO₆和g-C₃N₄的2.6倍和1.6倍。O₂^·-是光催化过程中的主要活性物种。g-C₃N₄量子点与Bi₂WO₆形成异质结，有利于拓宽光响应范围的同时有效抑制了Bi₂WO₆光生电子与空穴的复合，从而提高了催化剂的活性。

利用大电流电场烧结工艺在875~1000℃的烧结温度下快速制备W-Mo-Cu合金，研究烧结温度对W-Mo-Cu合金微观组织、硬度及导电性的影响。基于合金烧结过程中的尺寸变化，通过拟合计算得到烧结特征指数，从而推断W-Mo-Cu合金烧结过程中的主要迁移机制。结果表明：烧结温度为875~975℃时，随着烧结温度升高，W-Mo-Cu合金中的孔隙减少，相对密度、显微硬度及电导率提高。当烧结温度为875~925℃时，W-Mo-Cu合金的致密化主要由塑性变形而非烧结引起。当烧结温度高于925℃时，W-Mo-Cu合金致密化过程中经历的主要迁移机制依次为塑性流动、体积扩散、晶界扩散和表面扩散。

采用激光熔覆技术在Q345钢表面制备FeCrNiCoCuAl_x（x=0，1，2，3）高熵合金涂层。通过XRD，SEM及冲蚀磨损等实验方法研究高熵合金涂层的组织结构与性能。结果表明：随着Al含量的增加，高熵合金涂层由简单结构的FCC和BCC混合固溶体逐渐转变成全部的BCC结构，涂层的硬度也随之增大，最高可达580HV。在3.5% NaCl溶液中，涂层的腐蚀电流密度随着Al含量的增加先降低后提高，且当x=1时涂层具有最好的耐蚀性。冲蚀磨损实验表明，当冲蚀角度由90°减小到30°时，冲蚀磨损量不降反升，表现出韧性材料的冲蚀特征。涂层的抗冲蚀性能随着Al含量的增加而增强，且冲蚀磨损机制由锻造挤压转变为以微切削和犁削为主。

为了控制和改善耐腐蚀铝涂层的组成和形貌，首先采用磁控溅射法在Q235钢表面制备铝涂层，然后通过热浸镀法在其表面制备具有一定厚度的耐腐蚀铝涂层。利用扫描电子显微镜及其附带的能谱仪对涂层结构、厚度以及组成进行表征，并通过划痕实验、全浸泡实验对涂层的结合强度、耐腐蚀性能进行研究。结果表明：磁控溅射复合热浸镀法制备的涂层较为致密。利用热浸镀法和磁控溅射复合热浸镀法制备的铝涂层结构均由外层Al层和内层Fe-Al合金层构成，Al层厚度分别为（45.75±6.41）μm和（44.84±3.17）μm，Fe-Al合金层的厚度分别为（150.37±4.95）μm和（138.08±6.05）μm。热浸镀铝涂层与磁控溅射复合热浸镀铝涂层的结合力分别为163.90N和160.25N。热浸镀铝Q235钢、磁控溅射复合热浸镀铝Q235钢的腐蚀失重率约为未涂覆试样的1/12~1/6，后者的腐蚀凹坑更加均匀。

采用水下搅拌摩擦焊接（submerged friction stir welding，SFSW）技术对2024-T4铝合金和紫铜进行连接，研究转速对接头微观组织与力学性能的影响。结果表明：接头成型良好，无裂纹、孔洞等缺陷。随转速升高，接头表面平整度提高，大量铜被卷入焊核区（nugget zone，NZ），NZ组织结构逐渐混乱。SFSW过程中，冷却水有效抑制了晶粒粗化和脆性金属间化合物生成。当转速为750r/min时，接头抗拉强度为227MPa，达到铜母材的70.3%，随转速增大，接头的抗拉强度和伸长率降低。

通过聚焦离子束在5A90铝锂合金试样表面蚀刻微米尺寸高分辨网格，在温度480℃、初始变形速率1×10^-3s^-1的变形条件下，定量研究其超塑性变形过程中晶界滑移和晶内位错滑移对总变形的贡献量，并采用扫描电镜、电子背散射衍射观察合金超塑性变形的组织演变作为佐证。结果表明：位错运动在超塑性变形初期（ε<0.65）的贡献量约为60%~80%，为主要变形机制，在该阶段条带状晶粒逐渐细化和等轴化，平均晶粒尺寸减小约40%，晶粒转动作为协调机制；随着应变量的增大，发生明显的动态再结晶，晶粒尺寸开始增大，晶内位错滑移的作用逐渐减小，晶界滑移成为变形的主要机制。

为了研究TB6钛合金自然萌生小裂纹的扩展行为，针对单边缺口拉伸试样开展室温下不同应力比（R=0.1，0.5）的小裂纹扩展实验，采用复型法观测了小裂纹的萌生与扩展情况。结果表明：同一应力比下，随着应力等级的降低，小裂纹的萌生寿命由占全寿命的60%增加到80%，但应力等级对TB6钛合金小裂纹扩展速率没有明显影响。裂纹早期扩展速率受微观组织的影响大，TB6钛合金扩展速率转变临界值是200μm，一旦裂纹长度达到200μm，裂纹扩展速率将不受取向不同的晶界或晶粒影响而迅速提升。TB6钛合金疲劳小裂纹起源于试样缺口根部，所有试样的裂纹大部分为角裂纹，疲劳小裂纹萌生寿命占全寿命的绝大部分。