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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。
在300, 350, 400 ℃下成功通过挤压复合法制备多层AZ91-(SiCP/AZ91)复合板, 探究AZ91-(SiCP/AZ91)复合板中SiCP/AZ91复合材料层和AZ91层的显微组织演变、界面的演化机制和力学性能变化规律。结果表明: 热挤压复合中, AZ91-(SiCP/AZ91)多层复合板中合金层发生完全动态再结晶, 晶粒细化, 合金组织随挤压温度的升高更均匀, 而且外层合金层比内层合金层晶粒尺寸略大; SiCP/AZ91复合材料层同样发生完全动态再结晶, 晶粒尺寸小于合金层, 随着挤压温度的升高, SiCP的分布更加均匀; 不同挤压温度下AZ91-(SiCP/AZ91)复合板合金层与复合材料层界面均未出现明显的分层以及开裂现象; AZ91-(SiCP/AZ91)复合板的室温力学强度位于AZ91合金与SiCP/AZ91复合材料之间, SiCP/AZ91层中SiCP与基体界面脱粘是导致复合板材失效的主要原因。
研究了CNTs的加入对Mg-9Al镁基复合材料时效行为的影响, 探讨了时效处理过程中微观组织、力学性能及导热性能的演变规律。结果表明: 添加的CNTs增大了基体合金中铝元素的固溶度, 并在时效过程中限制晶界的迁移, 在二者共同作用下, 促进基体中连续β-Mg17Al12相的析出, 且随着CNTs含量的增加, 连续析出的比例增大; 与基体呈共格关系的杆状连续析出相能够有效地阻碍位错运动, 提高复合材料的力学性能, 其中峰时效态0.4CNTs/Mg-9Al复合材料的屈服强度、抗拉强度、热扩散系数和热导率分别为275 MPa, 369 MPa, 34.5 mm2/s和68.4 W/(m·K), 相较于时效前Mg-9Al合金分别提升了17%, 23%, 43%和45%。
碱金属离子电池作为可充电电池, 是目前重要的储能设备之一。它凭借能量密度大、工作电压高、无"记忆效应"、自放电小、绿色无污染等优点在近些年来受到人们的广泛关注。电极材料是影响碱金属离子电池电化学性能的重要因素之一, 因此, 寻求比容量高、结构稳定的电极材料是推动碱金属离子电池发展的关键。量子点/碳复合材料(QDs/C)集合量子点与碳材料的优势, 是碱金属离子电池优异的候选电极材料。本文首先对量子点进行简要介绍, 然后分别综述单质量子点/碳复合材料、化合物量子点/碳复合材料及异质结构量子点/碳复合材料在碱金属离子电池中的应用进展。最后, 分析量子点/碳复合材料作为碱金属离子电池电极材料的优势与不足, 针对目前存在的问题提出了未来发展的方向: (1)探索新型方法, 解决量子点及其复合材料的团聚问题; (2)研究SEI膜的结构性能等, 解决首次库仑效率偏低的问题; (3)明确反应机理, 获取更优异的电化学性能。
搅拌摩擦沉积增材（additive friction stir deposition，AFSD）技术是一种新兴固相增材制造技术，采用金属棒材、粉材、丝材为增材材料，增材过程中依靠增材材料与板材摩擦产生摩擦热以及材料剧烈变形产生的塑性变形热形成黏塑性沉积层，沉积层逐层堆积形成三维实体结构件；基于其固相特征，具有熔覆增材技术不可比拟的优势，目前已成为增材制造领域的研究热点。本文从设备研制、微观组织演变、材料流动特性、力学性能变化四个方面综述了AFSD技术最新国内外研究进展；分析了该技术应用于工程实际的可行性，展望了在增材制造、材料修复、零件加固、制造金属涂层领域的应用前景；最后指出了产热机制、材料流动特性、辅助优化工艺、智能化设备研制等为未来的研究方向。
SiC陶瓷具有优异的力学性能、热学性能、抗热震性能、抗化学侵蚀性能和抗氧化性能，是热交换器设备的常用基体材料。由于原料、成型工艺、烧成工艺和烧结助剂等因素制约，SiC陶瓷含有较多气孔、晶界、杂质和缺陷，导致其常温热导率（≤270 W·m-1·K-1）低于碳化硅单晶材料（6H-SiC，490 W·m-1·K-1），且不同制备工艺下热导率存在较大差异。本文主要分析了温度、气孔、晶体结构和第二相对SiC陶瓷导热性能的影响，归纳了热压烧结法、放电等离子烧结法、无压烧结法、重结晶烧结法和反应烧结法制备高导热SiC陶瓷的特点，对优化烧结助剂种类及含量、高温热处理和添加高导热第二相等改善SiC陶瓷导热性能的主要措施进行阐述，并展望了未来高导热SiC陶瓷的研究方向，为未来制备低成本、高导热SiC质热交换器提供理论参考。
可拉伸超疏水材料能大幅度提升疏水材料的力学性能，在未来科技产品中应用潜力极大。可拉伸超疏水材料制备方法分为弹性材料的使用、可拉伸结构的设计、弹性材料与可拉伸结构的结合。本文分析了各类制备方法的原理及优缺点，总结了提高可拉伸超疏水材料耐久性的有效措施，阐述了可拉伸超疏水材料在柔性传感器、新兴电子设备、医疗防护、液相混合物纯化、微液滴控制领域的应用原理及特点。现有可拉伸超疏水材料尚面临耐久性能不足、制备成本高、工艺复杂等问题，研究应聚焦于材料体系的进一步开发、拉伸原理的完善以及新技术新工艺的引入。未来的发展方向是轻薄、柔性、绿色环保、智能化和精细化。
利用Gd（0.00%，0.25%，0.50%，0.75%，1.00%，质量分数，下同）元素和凝固压力（3 GPa）调控Mg-5Al合金凝固组织结构，对合金样品进行压缩测试，并研究组织结构与室温压缩性能相关性。结果表明：常压石墨型铸造下，仅Mg-5Al-0.75Gd合金获得了晶界无共晶相生成、粒状Al2Gd相弥散分布在基体上、晶粒平均尺寸约为85 μm的固溶体组织，其抗压强度和最大压缩应变分别为379 MPa和33.46%，高于存在晶间第二相的合金。3 GPa高压下，Gd含量≤0.25%合金的凝固组织为单一固溶体，Gd含量≥0.50%合金的晶界（枝晶间）有共晶Al2Gd相生成。固溶体Mg-5Al-0.25Gd合金的平均晶粒尺寸是74 μm，抗压强度是402 MPa，最大压缩应变是33.61%。Mg-5Al-0.75Gd合金的平均晶粒尺寸是38 μm，抗压强度和最大压缩应变分别是341 MPa和25.12%，其性能低于Mg-5Al-0.25Gd合金。可见，晶间Al，Gd元素的存在形式是影响铸造Mg-Al合金力学性能的重要因素。
针对海洋环境腐蚀特点，通过添加合金元素Cu，Cr和Ni开发一种新型船体用耐蚀钢（B-NS）。利用电化学实验、全浸实验和周浸实验对B-NS的耐蚀性能进行评估，同时通过扫描电镜和能谱对锈层截面形貌和成分进行分析。结果表明：合金元素的添加可有效降低B-NS钢的饱和电流密度和全浸以及周浸条件下的腐蚀速率，同时促进周浸条件下更加稳定、致密保护性锈层的生成。合金元素赋予B-NS钢优异耐腐蚀性能，主要表现在提高B-NS钢热力学稳定性，促进锈层生成以阻挡侵蚀性介质腐蚀基底和赋予锈层阳离子选择性，阻止Cl-渗透进锈层。
采用两种热输入不同的焊接工艺参数对3 mm壁厚的Inconel 617镍基高温合金进行激光焊接。通过光学显微镜和扫描电子显微镜对焊接接头显微组织进行观察分析，并测试了焊接接头在室温（25℃）及高温（900℃）下的拉伸性能。结果表明：激光焊接热输入对Inconel 617焊接接头显微组织及力学性能影响明显。在高热输入（200 J/mm）条件下，焊缝正面宽度3.88 mm，熔化区中部晶粒尺寸粗大，取向杂乱，树枝晶二次枝晶间距较大（6.71 μm），枝晶间碳化物颗粒尺寸较为粗大，枝晶间Mo，Cr等合金元素的凝固偏析较为严重。焊接接头热影响区宽度约0.29 mm，在晶界和晶内形成了γ+碳化物共晶组织，这是由于焊接升温过程中，热影响区内球状碳化物颗粒与周边奥氏体发生组分液化，并在焊后凝固过程中形成共晶。低热输入（90 J/mm）工艺参数获得的焊缝正面宽度为2.28 mm，焊缝呈沿熔合线母材外延生长并沿热流方向定向凝固形成的柱状晶形态。焊缝中部树枝晶二次枝晶间距较小（2.26 μm），枝晶间碳化物颗粒尺寸细小，热影响区宽度约0.15 mm。室温（25℃）拉伸测试表明：高热输入下获得的焊接接头由于焊缝中固溶元素偏析造成的局部组织弱化，从焊缝中部破坏，强度与伸长率有所降低，低热输入条件下获得的焊接接头从母材破坏。而高温实验条件下（900℃），母材晶界发生弱化导致所有试样均从母材破坏。
为明确珠光体钢轨的疲劳裂纹扩展行为，测定U75V重轨钢轧态和热处理态两种条件下的三点弯曲疲劳裂纹扩展速率，采用光学显微镜、扫描电镜、EBSD对钢轨的微观组织、片层、断口形貌及裂纹扩展轨迹进行观察。结果表明：轧态和热处理态钢轨的疲劳辉纹平均间距分别为253，215 nm，轧态钢轨的疲劳断口呈现解理台阶与河流花样形貌，且河流花样趋于合并，而热处理态钢轨的疲劳断口呈现大量的解理台阶及较多的微裂纹和撕裂棱，河流花样以支流为主；热处理态钢轨的疲劳裂纹扩展速率远低于轧态，到达裂纹失稳阶段也较滞后；轧态和热处理态钢轨的疲劳裂纹扩展都是以穿晶断裂为主的穿晶断裂和沿晶断裂混合扩展方式进行，轧态和热处理态钢轨的珠光体片层间距分别为272，148 nm，其中热处理态钢轨的珠光体片层细密且方向多样，存在显著的珠光体团簇，裂纹扩展轨迹中出现较多的分支裂纹和裂纹桥接现象，对扩展起到阻碍作用，是热处理态钢轨抗疲劳裂纹扩展能力优于轧态的重要原因。
柔性能量存储设备处于下一代电源的最前沿，其中最重要的组件之一就是凝胶电解质。采用自由基聚合法制备PAM/P123锌离子电池用双网络凝胶电解质，结果表明：加入少量三嵌段共聚物P123，宏观上提高凝胶电解质的抗拉强度、韧性和抗压强度，同时微观上使凝胶骨架形成0.6 μm的中孔并提高表面孔分布密度，进而提高了电解液的浸润性。PAM/P123系列电解质不仅具有高平均溶胀率，而且在-30~65℃范围内电导率均高于纯PAM电解质。其中PAM/P123-2性能最佳，具有1920.79%平均溶胀率，且在0℃时的离子电导率为36.2 mS·cm-1。使用该凝胶电解质制备的柔性准固态Zn/MnO2电池在0℃下充放电稳定，1000周次循环后容量保持率达82.39%。
CFRP复合材料具有优异的力学性能，在航空航天装备中有广泛应用，但是因其单层铺层内部的结构各向异性，单向纤维铺层对于垂直极化波的电磁屏蔽效能较弱。为应对日益复杂的电磁环境，保护电子元器件不受干扰，增强复合材料的电磁屏蔽效能显得尤为重要，本工作利用非连续Al颗粒在层间面内紧密排列，构建了一种层间面内含连续Al屏蔽层的CFRP复合材料，并研究了不同Al颗粒含量对复合材料电磁屏蔽效能和力学性能的影响规律。结果表明，随着Al颗粒含量的增加，CFRP复合材料的导电性和电磁屏蔽效能也随之增加，当聚合物中Al颗粒质量分数达到33.3%时，复合材料的面内电导率提高了3个数量级，在垂直于纤维方向上对频率为3~17 GHz的电磁波的电磁屏蔽效能提高了10 dB以上。随着Al颗粒含量的增加，复合材料层间剪切强度与弯曲强度出现先上升后下降的变化规律，当树脂中Al质量分数为33.3%时，复合材料的层间剪切性能提高了5.2%达到80.5 MPa，当树脂中Al质量分数为50%时，复合材料的弯曲强度提高了20%至1441.0 MPa，弯曲模量提高了10.2%达到101.83 GPa。由此可见，Al颗粒夹层CFRP复合材料可以实现力学性能和电磁屏蔽效能的同步提升，是一种具有广泛应用前景的结构-电磁屏蔽一体化复合材料。
通过化学气相渗透和浸渍-固化成型工艺制备碳/碳-聚酰亚胺复合材料。首先采用化学气相渗透法对碳毡进行热解碳的沉积，制得热解碳含量分别在7.33%（质量分数，下同），14.55%，22.00%的多孔碳/碳坯体，再经过特定的浸渍-固化工艺，依次制得碳/碳-聚酰亚胺复合材料P1，P2，P3以及未添加热解碳的对照组P0。通过SEM、线膨胀系数测试和力学性能测试，探究不同热解碳含量对碳/碳-聚酰亚胺复合材料微观形貌结构、平均线膨胀系数以及力学性能的影响。结果表明：在20~300℃的温度区间，P0，P1，P2，P3的XY向平均线膨胀系数在（0.67~0.79）×10-6℃-1之间，四组XY向平均线膨胀系数基本相当。P1，P2，P3的Z向平均线膨胀系数较P0依次降低41.6%，41.8%，24.1%，热解碳显著降低了材料的Z向平均线膨胀系数。P0，P1，P2，P3的XY向压缩强度依次是243.91，244.73，216.65，210.79 MPa，Z向压缩强度依次是269.22，258.80，246.68，219.20 MPa，P1压缩强度与P0相当。P0，P1，P2，P3的Z向弯曲强度依次是92.77，77.11，80.71，86.06 MPa。不同的热解碳含量对材料的力学性能影响不同，较低的热解碳含量基本保持了材料的压缩强度，而较高的热解碳含量可基本保持材料的弯曲强度。
以农业副产物腰果壳油为原料，通过外交联法和溶剂交联法分别制备超交联聚合物（HCPs）吸附剂F-HCP和C-HCP，并对其吸附挥发性有机化合物（VOCs）性能进行研究。采用红外光谱（FTIR）、热重分析（TGA）、N2吸-脱附法和扫描电子显微镜（SEM）等方法对制备的吸附剂进行表征，以静态吸附法考察两种超交联聚合物对六种VOCs的吸附性能，以邻二甲苯为典型VOC进行动态吸附，探讨进气浓度对吸附能力的影响。结果表明：相较于C-HCP，F-HCP显示出较高的静态吸附性能，其对邻二甲苯、甲苯、环己烷、正己烷、丁酮、丙酮的静态吸附量分别为930，801，300，214，203，164 mg·g-1；在进气浓度为2171 mg·m-3时，F-HCP和C-HCP对邻二甲苯的动态吸附量分别为149 mg·g-1和146 mg·g-1，平衡吸附量随进气浓度的增加而增大。循环再生吸附实验表明，C-HCP 5次循环吸附后的吸附量为首次吸附量的93.9%。
以三氯化铬和硫粉为原料，采用常压化学气相沉积法（CVD）成功制备出了二维Cr2S3纳米片，并对Cr2S3纳米片表面形貌、晶体结构、宏观磁性等进行系统研究。结果表明：二维Cr2S3纳米片光学形貌以三角形为主，尺寸最大可达到156.8 μm，厚度最小为2.59 nm（约2个单元晶胞厚）；晶体结构为菱方相结构，类似于单斜NiAs型晶体结构；磁性测试表明：菱方相的二维Cr2S3低温下呈亚铁磁性，面内为磁易轴方向，其奈尔温度约等于120 K，75 K时饱和磁化强度最大；在空气中放置1个月后二维Cr2S3纳米片依然保持较好的磁性性能，是一种环境稳定的二维磁性材料。
为了制备低膨胀、高强、轻质复合材料，采用模压法制备了ZrW2O8-Cf/E51复合材料，并研究了超声时间对其微观组织、热膨胀行为和极限抗拉强度的影响。结果表明：在制备过程中颗粒团聚后容易受到纤维单丝阻挡并在纤维束表面聚集。在20 min之内，延长超声时间会减少ZrW2O8颗粒团聚。随着颗粒团聚的减少，复合材料断口会由平面状、无纤维拔出变为台阶状、有纤维拔出。在碳纤维和ZrW2O8颗粒的综合作用下，ZrW2O8-Cf/E51复合材料在热膨胀过程中膨胀量dL/L0会出现增大、减小和缓慢上升三个阶段，平均热膨胀系数也会出现相应的三个阶段。超声时间从5 min延长到20 min，ZrW2O8-Cf/E51复合材料的平均热膨胀系数降低了约130%，极限抗拉强度提高了约8%。
