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二维过渡金属碳（氮）化物（MXene）作为一类新型二维纳米材料，自2011年发现以来，由于其优异的物理化学性能得到了广泛研究。MXene除具有传统二维材料的优异性能外，其高的导电性、良好的润滑性及电磁性等特殊性能，已被广泛地应用于能量存储、催化、润滑、电磁屏蔽、传感器、水净化等领域，并取得了一定的效果和进展。本文综述了近年来国内外关于MXene材料的最新研究现状，归纳总结了MXene的结构、性能和制备方法，以及在锂离子电池、超级电容器等领域的相关成果，指出了目前研究存在的短板，并展望了未来的研究方向。
在简要介绍纳米颗粒的基本物理-化学性能及其制备现状的基础上，着重论述了纳米颗粒自组装的类型及原理，总结了纳米颗粒自组装在锂离子电池上的应用研究进展，并指出该应用中存在制备效率低、污染较大等问题，提出今后工作将集中在开发合适组装单元、揭示自组装基本原理、简化制备程序等方面，认为纳米材料合成过程中实现多层次/功能电池结构调控是未来发展的重要方向之一。
碳作为单一元素可形成像零维碳纳米球、一维碳纳米管、二维石墨烯等多种碳纳米结构，它们在锂离子和锂硫电池中的表现也有所不同。需要阐明的是，碳纳米管和石墨烯由于具有以下缺点不适合直接作为锂离子或锂硫电池电极材料：（1）第一次不可逆容量大，首次充放电效率低；（2）在充放电曲线中电压滞后现象严重；（3）缺少稳定的电压平台；（4）容量衰减快。科学家们一直在为获得具有更高能量密度和更广阔应用前景的锂离子电池和锂硫电池而努力，由于可充电电池的性能主要取决于阴极和阳极的性能，因此，设计先进的电极材料以及制备具有特定成分和结构的电极成为近年来的研究热点。本文综述了碳纳米材料在构建高性能锂离子、锂硫电池电极材料和特定电极方面的作用。首先，从促进电子和离子传输、固定多硫化物位置以及缓冲体积膨胀三个方面讨论了碳纳米材料在修饰电活性材料的作用；其次，从作为导电添加剂、电流集流体和导电中间层三个方面讨论了碳纳米材料在最优化非活性组分的作用；然后，从作为非导电基体上的导电相、柔性电流集流体和自支撑复合电极三个方面讨论了碳纳米材料在柔性电池设计的作用。最后，本文对碳纳米材料的未来发展趋势作了概述，兼具多种功能的碳纳米材料被认为是今后的研究重点。
碳点（carbon dots，CDs）由于具有优异的荧光性能、低毒性、原料广泛、生物相容性好等优点，受到了研究人员的广泛关注。然而，目前大部分CDs的发射波长位于蓝光和绿光的短波长区域，这限制了CDs的广泛应用。多色CDs的合成对长波长CDs合成具有一定的指导作用，并且可以拓宽其应用。因此，本文从CDs的粒径、内部结构和表面态角度阐述了CDs的多色发光机理，综述了实现多色CDs的调控措施（包括反应原料、反应参数、表面改性和分离提纯）及其在发光二极管和生物成像方面的应用。
润滑与冷却是当前工业领域两个重要的议题。前者与机械装置、零部件的使用可靠性和寿命直接相关，对减少摩擦产生的能耗具有重大意义，而后者对于高功率密度器件的热管理至关重要。二者的结合在航空航天、汽车机械等领域广泛存在，而纳米流体是一种很好的承载二者的工作介质。本文针对石墨烯纳米流体这一热点，综述了石墨烯纳米流体的分散理论基础与方法，对影响石墨烯纳米流体悬浮稳定性因素进行了调研，归纳总结了纳米流体的导热机理、影响因素以及石墨烯纳米流体进展，分析了纳米流体未实现大面积应用的主要原因，同时对石墨烯作为添加剂应用于润滑领域的进展进行了评述。最终提出石墨烯纳米流体协同增强换热与减磨润滑的应用设计。在航天器等应用领域中，由于对石墨烯纳米流体的力热耦合综合性能缺乏广泛研究，以及航天器稳定性和长期运行可靠性等问题，未来的研究应以航天传热工质为基础，进行纳米粒子针对性设计，通过系统开展基于空间环境动态流动换热性能与回路寿命的研究，为未来实现纳米流体的航天器应用奠定理论基础和提供技术支撑。
光子晶体是至少两种不同折射率介质周期性排列而成的有序结构材料，通过改变其平均折射率或晶格间距等参数可以实现对光的调控。响应性光子晶体结构与分子印迹技术相结合制备的分子印迹光子晶体化学传感器因特异性强、灵敏度高且具有自表达能力等优点而受到人们的青睐，为微量及痕量物质的检测提供了新思路。本文着重介绍了基于二维和三维光子晶体的传感材料，尤其是分子印迹光子晶体（MIPC）的制备方法、性能特点和应用研究进展，对分子印迹光子晶体在可视化检测的研究前景做了展望，对提高分辨率、稳定性等问题做了分析。
高分子水凝胶是一种具有三维网络结构的软材料，能够吸收并保持大量的水分。高分子水凝胶具有良好的生物相容性和力学性能，在生物医学和生物工程领域具有重要的应用价值。自愈合水凝胶是一种能够响应外界刺激并修复自身损伤的智能凝胶。相比传统水凝胶，自愈合水凝胶具有修复损伤的特性，近年来受到科学界的广泛关注。基于动态化学的自愈合水凝胶是一种能够通过动态的共价键或非共价键交联而重新形成三维网络结构从而修复损伤的新型自愈合水凝胶，该水凝胶能够快速多次地修复自身损伤，有良好的环境适应性，为开发多功能智能新材料奠定了基础。本文综述了近年来基于动态化学键构建自愈合水凝胶的研究进展，重点阐述了基于氢键相互作用、金属配位相互作用、主-客体相互作用、离子相互作用、亲疏水相互作用、亚胺键/酰腙键、硼酸酯键和二硫键的自愈合水凝胶的最新研究情况，同时提出了自愈合水凝胶的一些问题，并分析了未来的发展方向。
p型金属氧化物材料氧化亚锡由于其特有的光学和电学性能，使得其在催化、传感、光电器件等领域受到越来越多人的青睐。本文重点介绍了氧化亚锡在薄膜晶体管中的研究应用，薄膜晶体管作为显示器驱动面板核心部件，其在显示器中的作用至关重要。本文归纳了氧化亚锡薄膜晶体管的研究进展，对氧化亚锡微观性能分析、氧化亚锡薄膜材料制备以及晶体管制备方法等进行介绍。通过对氧化亚锡晶体结构以及电子结构进行详细介绍，探讨了氧化亚锡性能微观调控机制；并通过对氧化亚锡材料的制备以及器件的应用研究，分析了氧化亚锡薄膜晶体管所面临的器件电流开关比低的问题并展望其在互补金属氧化物半导体器件方向的前景，以期为制备稳定和环保的p型金属氧化物薄膜晶体管提供参考。
液态金属脆是指通常具有韧性的固体金属或者合金与液态金属直接接触且受到拉伸应力时，其塑性降低并发生脆性断裂的现象。钢在液态锌中会发生液态金属脆现象，这在镀锌钢的热拉伸实验中得到了证实。此外，研究人员发现在镀锌高强钢的电阻点焊过程中也会出现液态金属脆现象，表现为在焊点表面出现大量裂纹，这些裂纹对焊点性能存在潜在危害。本文回顾了镀锌钢液态金属脆现象的热拉伸实验研究，阐明了影响脆化现象的实验因素；综述了镀锌钢在电阻点焊过程中发生液态金属脆现象的研究进展，分析了产生裂纹的位置及其影响因素，并总结了可能的解决方案。
采用密度泛函理论（DFT）的第一性原理平面波赝势方法对稀土元素镧（La）掺杂Mg2Si的几何结构、弹性性能和电子结构进行计算与分析。首先，结合形成焓、Born力学稳定性以及差分电荷密度的结果可知，掺杂稀土元素La之后，形成的Mg8Si4La和Mg8Si3La均不能稳定存在，La掺杂的Mg2Si优先占据体系Mg原子的位置；其次，晶体的体模量（B），剪切模量（G），杨氏模量（E），泊松比（ν），以及各向异性系数（A）的计算结果表明本征Mg2Si为脆性相，而Mg7Si4La为韧性相，掺杂La可以提高Mg2Si的延展性；最后，态密度、Mulliken布居数和电荷差分密度的计算结果表明掺杂稀土镧后费米面向高能级区域偏离，进入导带，提高了Mg2Si的导电性。
为得到高强度和高塑性的镁基复合材料，通过高能超声分散法和金属型重力铸造工艺制备了SiC纳米颗粒分散均匀的SiCp/AZ91D镁基纳米复合材料，并进行T4固溶热处理和室温拉伸。利用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）对试样拉伸后的显微组织和塑性变形机理进行观察与研究。结果表明：T4态SiCp/AZ91D镁基纳米复合材料室温下抗拉强度达到296 MPa，伸长率达到17.3%。经室温拉伸变形后复合材料基体微观组织中出现了大量的孪晶和滑移，孪生和滑移是复合材料塑形变形的主要机制。在室温拉伸过程中，α-Mg基体中SiC纳米颗粒周围形成高应变场，高应变场内形成大量位错和堆垛层错，这些位错和堆垛层错在拉伸应变的作用下演变成大量的滑移带和孪晶，这是SiCp/AZ91D镁基纳米复合材料在室温下具有高塑性的微观塑性变形机理。
研究热轧态7050铝合金在固溶过程中的平衡态η（MgZn2）相、T（Al2Mg3Zn3）相、S（Al2CuMg）相及含铁Al7Cu2Fe难溶相的溶解行为。采用原位扫描的组织检测方法获得上述平衡相的溶解动力学实测数据。在体扩散控制的溶解动力学模型基础上，引入曲率和界面反应对原子迁移速率的作用，建立η，T和S相溶解动力学模型。结果表明：在7050铝合金常规固溶温度（470℃）条件下，η和T相在2 min内即可完全溶解，S相保温较长的时间才能完全溶解，含Fe相不发生溶解；曲率对溶解行为影响较小，界面反应会大幅度降低溶解速率；本工作建立的η，T和S等第二相溶解动力学模型预测结果与实测结果吻合，能够为优化Al-Zn-Mg-Cu合金固溶工艺提供指导作用。
为改善2219铝合金薄壁拉形曲面件的变形均匀性，建立基于Hill 1990各向异性屈服准则的有限元模型，利用ABAQUS软件对曲面件的应变分布规律进行数值模拟，分析加载路径和板坯形状对拉形变形均匀性的影响规律。结果表明：加载路径和板坯形状对曲面件的变形均匀性有较大影响。采用折线路径，开始加载时使板材发生压缩失稳从而形成一定拱形，不仅可缓解左侧钳口附近的破裂倾向，还可增加曲面件右侧变形量，从而提高其变形均匀性。此外，减小变形量不足位置对应的板坯宽度，如采用中间窄板坯或左侧宽板坯，使其在拉形时所受应力增加，从而提高其变形量，也可实现变形均匀性的改善。最终，利用矩形板坯，经两次转折的实验路径进行拉形，获得了表面质量良好的高性能2219铝合金薄壁曲面件。
采用搅拌摩擦焊对AA7204-T4铝合金板材进行焊接，研究焊后热处理对FSW接头组织与力学性能的影响。结果表明：焊后（AW）态焊核区平均晶粒尺寸和再结晶分数分别为4.7 μm和81.9%，焊后直接人工时效（AA）后二者分别为4.8 μm和82.4%，焊后固溶+人工时效（SAA）后分别为5.9 μm和86.5%，AA态并未对焊核区的晶粒结构产生明显的影响，而SAA态则使其分别提高了25.5%和5.6%。AW态，AA态和SAA态接头抗拉强度分别为296.6，318.2 MPa和357.4 MPa，AA态对接头力学性能提升有限，而SAA态则有效提升接头力学性能，焊接系数达92.0%。焊后固溶淬火导致接头连接界面"S"线处产生微裂纹，接头断裂于此，且伸长率严重降低。
硅/碳复合材料作为最具潜力的下一代阳极材料，受到广泛关注。为减少硅巨大膨胀所产生的应力，避免硅纳米颗粒的粉化，提高硅基锂离子电池的电化学性能，制备了一种多微孔结构的多壁碳纳米管（MWCNTs）纸，嵌入纳米硅制得Si/MWCNTs/纤维素复合柔性锂离子电池阳极。FESEM显示，纳米硅均匀地嵌入在MWCNTs构建的三维导电网络中，纳米硅和导电载体具有良好的接触，使得界面电阻大幅下降，同时纳米硅在电池充放电过程中具有足够的膨胀空间，保证了材料的结构稳定性和化学稳定性。电化学检测显示，其首次放电比容量达到2024 mAh/g，循环30次后比容量维持在850 mAh/g，展示出良好的循环稳定性和较高的比容量。同时，其制作工艺相比传统涂敷类阳极得以简化，可操作性高，易于实现产业化。
高温薄膜应变计被广泛应用于极端条件热端构件的应变测量。ITO薄膜应变计通常能够应用于1000℃以上的应变测量，为了研究ITO薄膜的显微结构、XPS光谱、阻温特性及压阻响应，采用磁控溅射在陶瓷基底上制备了ITO薄膜应变计，并在高温纯N2中热处理ITO薄膜。结果表明，其电阻温度系数稳定在-750×10-6℃-1，在1200℃下测试其应变特性，测得电阻漂移率为0.0018 h-1，应变因子为16。ITO薄膜在高温下具有稳定的电阻温度系数和低漂移率，为高温端部件应变的测量提供了可能。
为了改善传统方法建模划分网格繁杂和计算效率低的缺点，利用耦合建模法创建二维三轴编织复合材料的单胞模型，用耦合的思维将增强相单元网格与整体区域单元网格进行耦合处理，协调两者之间的位移场自由度和温度场自由度，通过匹配材料的热学性能，施加温度周期性边界条件，获得单胞模型的等效传热系数和等效热膨胀系数，基于该方法预测并分析编织角和纤维体积含量对各个方向的热传导系数和热膨胀系数的影响程度和规律。
采用不同方法活化的凹凸棒石为前驱体，在模板剂四乙基氢氧化铵（TEAOH）作用下一步法合成多级孔分子筛。研究不同硅铝比条件下活化凹凸棒石对分子筛合成种类和孔道层次结构的影响。结果表明：不同活化凹凸棒石作为前驱体合成的分子筛种类存在差异；XRD结果显示：当以碱焙烧酸微波凹凸棒石（HM-NC-ATP）、酸微波凹凸棒石（HM-ATP）和酸水热凹凸棒石（HH-ATP）为前驱体时，相同条件下分别获得ZSM-5，ZSM-12和ZSM-11分子筛，且硅铝比不同导致合成产物的形貌和孔道结构不一。此外，以HM-NC-ATP，HH-ATP为前驱体，合成产物孔道层次结构因子（HF）与硅铝比变化呈线性相关；HM-ATP为前驱体时，合成产物的孔道层次因子HF值最小，约为0.105，说明此时有利于介孔孔道构筑。
聚丙烯腈（PAN）纤维在纺丝过程中会形成受迫高弹形变，在受热条件下会出现物理收缩为代表的热松弛行为，发生解取向。通过热力学分析仪（TMA），动态力学分析仪（DMA），广角X射线衍射法（WAXD）等手段研究PAN纤维的热松弛行为，并且通过张力和温度对其进行控制。结果表明：PAN纤维纺丝过程形成的高弹形变约占10%以上，在高温下会迅速回复发生解取向。通过施加适当的张力和提高温度可以在不损失取向结构的同时将高弹形变转化为塑性形变。在张力和温度的作用下，纤维内部聚集态结构重排，分子链取向进一步提高，晶态结构进一步完善，纤维尺寸稳定性提高50%以上。研究表明经此方法处理的碳纤维微晶沿分子链排列更加规整，性能得到了有效提升。
