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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。
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。
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。
水滑石应用于机械摩擦系统，展现出良好的减摩抗磨性能。本文系统总结水滑石作为润滑油（脂）添加剂的摩擦性能及其影响因素，重点分析制备方法、阳离子半径、二价与三价阳离子比例、层间无机阴离子种类、有机阴离子插层、结晶度等因素对水滑石减摩抗磨性能的影响规律与作用机制，明确水滑石润滑材料结构成分设计基本原则与调控方向。基于研究现状，提出应深入加强水滑石润滑材料工业实验验证、水滑石对润滑油（脂）品质影响评价、水滑石与摩擦副表面交互作用基础研究等工作。
人类在面临化石能源枯竭的同时，对能量的利用率依然还停留在较低的水平。因此，在大力发展新能源的同时，着力研发具有"自身被动调节能力"的新材料具有十分重要的意义。相变储湿复合材料是一种具有相变调温性能和储湿调湿性能的复合材料，它在建筑墙体材料领域具有大规模商业应用的潜力。本文首先对相变储湿复合材料的作用原理、相变材料的封装技术、调湿材料的分类与选择等方面作了简要的介绍；并就相变储湿复合材料在建筑墙体材料中的应用情况进行了具体的分析，详细指出了双壳微纳米相变胶囊、多元脂肪酸/SiO2相变储湿复合材料和癸酸-棕榈酸@Ce-La/TiO2复合材料的特点，详细评述了相变储湿复合材料存在的主要问题及其研究现状。在此基础上，指出优化相变储湿复合材料的耐久性、开发多功能型相变储湿复合材料是相变储湿复合材料未来的主要发展方向。
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。
采用水热法制备W18O49/C-TiO2直接Z型光催化剂。使用XRD，SEM，TEM，HRTEM，PL等测试手段对样品的结构、形貌、光生载流子的输运特性及能带结构进行表征。在模拟太阳光照射下，不添加任何牺牲剂，研究样品的光解水制氢性能及其量子效率。结果表明：W18O49/C-TiO2直接Z型光催化剂的构建显著提高催化剂的光吸收性能，加速光生电荷的分离和传输，使更多的光生电子参与光催化还原反应，从而使样品具有高效的光催化活性。光解水制氢测试显示，W18O49/C-TiO2直接Z型异质结在模拟太阳光照射下，在不添加任何牺牲剂的条件下，产氢速率达209 μmol·h-1·g-1，并具有较强的光催化稳定性，在24 h的循环测试中，产氢量保持不变。
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。
针对耐药性细菌感染问题，利用静电纺丝技术制备一种光动力广谱抗菌的醋酸/原卟啉（CA/PpIX）复合多孔超细纤维膜。利用扫描电子显微镜（SEM）观察纤维膜表面形貌，借助激光共聚焦扫描显微镜（CLSM）观察PpIX在醋酸纤维上的分布，采用傅里叶红外光谱仪（FT-IR）以及拉曼光谱仪（Raman）分析比较添加PpIX前后纤维膜基本化学结构的变化。通过DPBF底物氧化实验及材料对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌能力，探究材料的光动力性能，并且设计无机盐溶液（KI，NaNO2，MgCl2）梯度实验，以探究其与1O2的相互作用对抗菌性能的影响。结果表明，PpIX的加入并未改变纤维的基本形貌，但赋予了纤维膜良好的底物氧化及抗菌性能（光照30 min，对金黄色葡萄球菌的抗菌效果可达99.537%）。KI，MgCl2，NaNO2溶液对CA/PpIX介导的光动力抗菌均具有一定的增强作用，其中KI溶液的增强作用最明显，其与1O2的相互作用产生了更多的自由基，显著增强了光动力抗菌效果，100 mmol/L的KI溶液可将纤维膜对两种菌的抗菌效率均提升至99.9999%。
碳纸作为一种最常用的质子交换膜燃料电池气体扩散层的基底材料，其良好的性能是保证电池稳定运行的前提。为改善碳纸的结构与性能，使其更好地满足燃料电池的性能要求，本研究通过在炭化阶段压制不同数量的石墨板来调控施加的压力，分析不同压力下碳纸微观结构的演变规律及其作用机制，同时研究施加压力对碳纸的平面电阻率、孔径分布、表面粗糙度及力学性能的影响。结果表明：施加压力有利于抑制树脂炭的开裂，减少裂纹的产生，并可在一定程度上提高碳纸的石墨化程度。此外，随着施加压力的增加，碳纸的表面粗糙度逐渐降低，平均孔径和最大孔径逐渐减小。当施加压力为3600 Pa时，与未施加压力相比，碳纸的平面电阻率从17.15 mΩ·cm下降到12.79 mΩ·cm，同时拉伸强度和弯曲强度分别提高150%和82.9%。
采用共沉淀法制备Tb3+，Yb3+共掺杂Y（PO3）3上转换发光材料，通过X射线粉末衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）、傅里叶红外光谱（FT-IR）和上转换荧光光谱仪（UPL）对制备产物的结构和性能进行表征分析。结果表明，所制备样品属于单斜晶系空间群为P21/c的Tb3+和Yb3+共掺杂Y（PO3）3晶体。在近红外光的激发下，所制备Y（PO3）3：x Tb3+，20%（摩尔分数，下同）Yb3+样品发射出Tb3+特征的蓝绿色光。Tb3+掺杂量直接影响着制备产物的上转换发光性能，当Tb3+掺杂量为2%~10%时，Tb3+的5D4→7F6发射峰分裂为481 nm和491 nm两个发射峰；当掺杂量为5%~20%时，位于547 nm处绿光发射为最强发射峰；当Tb3+掺杂量高于20%时观察到浓度猝灭现象。Tb3+/Yb3+的掺杂量比例和近红外光激发功率密度对所制备样品的上转换发光性能也有明显影响。适当调节样品中Tb3+/Yb3+掺杂比例可实现对制备的Y（PO3）3：x Tb3+，20% Yb3+样品的上转换发射蓝绿光颜色的调控。对Y（PO3）3：Tb3+，Yb3+样品的上转换发光机理进行探索，其中属于Tb3+特征的5D3→7FJ（J=6，5，4）和5D4→7FJ（J=6，5，4，3）跃迁带发射分别属于三光子吸收和双光子吸收机制。
对丁腈橡胶在热氧环境下进行了加速老化及老化状态下的摩擦学性能实验，在不同温度和时间的老化实验基础上，利用静态拉伸试验机、SEM、EDS和3D光学轮廓等方法考察了老化前后及程度对橡胶力学性能、摩擦学性能随老化温度和时间的变化情况，探讨了丁腈橡胶热氧老化后的性能衰退、磨损表面微观形貌变化和磨损机制演变行为。结果表明：老化温度和时间对橡胶力学性能有重要影响；橡胶伸长率以及断裂应力随老化时间的延长逐渐降低，且随老化温度的提高，温度小幅增加会导致力学性能显著下降；橡胶硬度对温度的变化更敏感，邵氏硬度演变曲线随温度的增加由低速线性变更为先快后慢式增长；因老化程度的不同，将橡胶老化的演变规律划分为A，B，C 3个区域，区域间的损伤机制呈现差异化，磨损机制由黏着磨损逐渐转变为磨粒磨损或疲劳、磨粒共存的损伤机制。
采用新型超声振动辅助搅拌摩擦焊接设备实现了4 mm厚的2195铝锂合金轧制板的焊接，比较和分析了施加超声对焊缝宏观金相组织、显微硬度与接头拉伸性能的影响，研究了工艺参数对铝锂合金超声振动辅助搅拌摩擦焊缝成形及接头力学性能的影响规律。结果表明：在相同工艺参数条件下，施加超声振动能量能够改善2195铝锂合金搅拌摩擦焊接成形性，促使焊核区塑性材料流动增强，同时减少甚至消除常规搅拌摩擦焊接头内部的孔洞缺陷；在焊缝的上部及中部，由于超声的作用，焊核区的显微硬度得以提高，而焊缝底部变化不大；接头的断口均呈现出韧性断裂模式，施加超声振动能量后的接头的伸长率得以提高，其断口韧窝更加细小均匀；在所研究的工艺参数范围内，接头的最高抗拉强度为282.8 MPa，最大伸长率为11.5%。在转速为600 r/min，焊接速率为225 mm/min条件下，施加超声使接头抗拉强度提高了17.5 MPa，伸长率提高了3.7%。
通过室温拉伸、晶间腐蚀、电子背散射衍射（EBSD）、透射电镜（TEM）等测试方法，对中间形变热处理过程中进行不同压缩变形量处理的2A97铝锂合金厚板短横向室温拉伸性能、晶间腐蚀性能和合金的宏微观组织进行了系统研究。结果表明，随压缩变形量的增加，合金再结晶程度提高，强度和伸长率先增加后降低。压缩变形量为20%时，再结晶晶粒细小，晶粒内包含均匀弥散分布的δ'相，晶界处的δ'相断续分布，合金的拉伸性能最好，伸长率明显提高；压缩变形量为25%时，合金的耐晶间腐蚀性能最好。合金的拉伸性能和腐蚀性能是由晶粒形貌和析出相的数量及分布共同作用的结果。
采用超音速微粒轰击(SFPB)技术对层片组织的TC11钛合金进行表面纳米化处理，对比研究了表面纳米化处理前、后TC11钛合金的室温高周疲劳行为；借助光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和X射线衍射仪(XRD)对比分析了高周疲劳断口及断口附近的微观组织形貌。结果表明：经SFPB处理后在钛合金表层产生了30~50 μm厚的纳米层，纳米晶尺寸在5~15 nm左右；疲劳性能得到明显提高，在相同应力级别下的疲劳寿命提高了约8~10倍，疲劳条带宽度变窄，且随着加载级别的降低，疲劳寿命提高的倍数逐渐增加；SFPB前、后疲劳断口均由疲劳源区、裂纹扩展区、瞬断区三部分组成，但SFPB处理后的疲劳源由处理前的表层移至次表层；SFPB处理态试样疲劳加载后表层组织仍为纳米量级，但次表层组织中出现大量的形变孪晶、位错缠结以及少量的形变诱导马氏体组织。
连续碳化硅纤维增强碳化硅复合材料(SiC/SiC)是先进航空发动机热端部件的重要候选材料。在高温燃气环境中，SiC/SiC会发生氧化腐蚀，导致材料性能迅速恶化。为了揭示国产SiC/SiC复合材料在高温燃气环境中的氧化腐蚀行为，本工作测试了SiC/SiC复合材料的1100~1300℃空气氧化性能，获得了材料的氧化动力学曲线，利用SEM，XPS和XRD分析了材料的形貌、成分和物相演变规律，以阐明其氧化行为。结果表明：SiC/SiC复合材料在1100~1300℃的氧化动力学均遵循抛物线规律；其氧化物为SiO2。SiC/SiC在1100℃时仅发生轻微氧化，温度高于1200℃时复合材料的氧化程度随温度升高而加剧。在BN界面相和基体孔隙附近的氧化现象更为明显。SiC/SiC复合材料的弯曲强度随氧化程度增加而降低。
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。
采用凝胶-发泡法制备了ZrO2/Al2O3多孔陶瓷，研究了陶瓷浆料的流变性，固相含量对多孔陶瓷坯体显微结构与力学性能的影响，以及烧结助剂MgO含量与多孔陶瓷抗压强度及气孔率之间的关系。结果表明，在分散剂含量为0.4%(质量分数)，球磨4 h，pH值为4的条件下，陶瓷浆料的黏度较低，有利于凝胶注模。固相含量增加，坯体气孔率下降。过高的固相含量使浆料流动困难，注模时引入空气导致坯体内形成较大的气孔甚至裂纹，使坯体抗压强度下降。由ZrO2引起的相变增韧及微裂纹增韧可有效改善多孔陶瓷的力学性能。随烧结助剂含量增加，多孔陶瓷气孔支撑体致密化程度增大，气孔率降低，抗压强度明显升高。多孔陶瓷的抗压强度最高达30 MPa。引入适量的ZrO2及烧结助剂，可制备气孔率适中、抗压强度高的多孔陶瓷。
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%。
为解决制备Ni-B合金镀层时难以获得高非晶化结构的问题，采用控制变量法探索镀液成分对Ni-B合金镀层非晶化过程的影响规律，电沉积法制备出高B非晶态Ni-B复合镀层。采用X射线衍射技术（XRD）表征沉积层的相结构，利用场发射扫描电镜（FESEM）和能谱分析（EDS）考察沉积层的微观形貌和元素分布组成。结果表明：通过控制溶液组分，沉积层发生从晶态到非晶态的转变。所得沉积层非晶化程度较高，此体系可电沉积获得表面完整、紧密细致、几乎没有金属晶体衍射峰的非晶态Ni-B合金沉积层，沉积层中B含量可提高至10.21%（质量分数）。
