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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。
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。
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。
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。
随着包装工业的快速发展和人类社会对环保要求的提高，功能性且可生物降解的包装膜材料越来越受到人们的重视。然而，目前市场上的可降解包装膜材料由于成本较高、力学性能差以及耐水性低而限制了其发展。采用自组装方法制备木质素微球，并将其沉积在纤维素膜表面，制备出一种新型纤维素基抗紫外薄膜材料。通过扫描电子显微镜（SEM）、红外光谱（FTIR）和激光共聚焦电子显微镜对薄膜的表面性能进行研究。利用抗张实验和紫外透光率测试对纤维素基功能薄膜的力学性能和抗紫外性能进行表征。结果表明：自沉积木质素微球在纤维素膜表面分布均匀，尺寸为1~2 μm；纤维素薄膜疏水改性后有助于木质素微球的沉积，且沉积量随着木质素质量浓度的增加而增大。由于木质素微球的引入，纤维素复合膜的抗张强度比对照样增加22%，同时其对UVB屏蔽效果可达94%。
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。
利用化学气相渗透法（CVI）在束丝SiC纤维表面沉积BN和BN/SiC两种界面层，并将其制备成mini碳化硅复合材料。应用扫描电镜（SEM）观察了界面层和mini复材的表面和断口形貌，应用原子力显微镜（AFM）表征了界面层的表面粗糙度。采用X射线衍射（XRD）和透射电镜（TEM）对界面层结构进行表征，利用电子万能试验机对mini复材的拉伸性能进行分析。结果表明，CVI方法制备的BN表面光滑，为层状-岛状生长，与基体结合较弱，其mini复材拉伸强度为970 MPa。热处理后的BN结晶度增强，表面粗糙度增大，与基体的结合略微增强，其mini复材拉伸强度有所提升，为1050 MPa。BN/SiC界面层表面粗糙，为岛状生长，与基体的结合较强，其mini拉伸强度最高，为1720 MPa。
针对航空发动机热端部件复杂结构存在的陶瓷基复合材料成型难度大的问题，以碳纤维织物为增强体，以有无添加粉体的两种树脂料浆为研究对象，开展料浆-熔渗工艺制备碳纤维织物增强碳化硅复合材料技术研究，探索两种料浆的注浆成型及熔渗工艺适应性，并对获得的复合材料基本性能进行表征。结果显示：有无添加粉体的两种料浆的黏度适中，在注浆工艺温度下具有3~5 h以上的注浆工艺窗口，通过注浆成型工艺均可获得少孔隙、质量均匀的树脂基复合材料；无粉体和有粉体的料桨固化物在900℃炭化后，孔隙率分别为39.6%和31.3%，残炭率分别为24%和76%，平均孔径分别为0.068 μm和0.069 μm，能够满足熔渗工艺的要求；采用添加粉体的料浆制备的碳纤维织物增强碳化硅复合材料具有更低的气孔率（3.54%）和更高的弯曲强度（162 MPa），满足航空发动机静止部件的应用要求。
利用三氯化铝为催化剂、煤焦油为前驱体催化炭化致密化碳毡制备C/C复合材料，在此基础上结合同步浸渍原位反应或反应熔体浸渗过程制备C/C-SiC复合材料，并对复合材料的微观结构、力学性能等进行表征分析。结果表明：在催化炭化-原位反应法制得的C/C-SiC复合材料中，SiC多以纳米线的形式存在于碳纤维束内部和碳纤维束之间的孔隙，C/C-SiC复合材料总体表现出假塑性断裂模式，其弯曲强度达到了（158±12）MPa；而催化炭化-反应熔体浸渗法制得的C/C-SiC复合材料中，SiC以立方体、六方体颗粒存在，复合材料的断裂行为呈现出脆性断裂模式，弯曲强度达到了（150±10）MPa。相对于催化炭化-反应熔体浸渗法，催化炭化-原位反应法所得到的C/C-SiC复合材料具有工艺简单、成本低、力学性能优异等诸多优势。
采用激光沉积制备不同含量合金化组元（Al，Cr，Si，Ti）的（FeNiCo）-（AlCrSiTi）多组元合金涂层，研究合金化组元含量对涂层组织与力学性能的影响。结果表明：随着合金化组元（Al，Cr，Si，Ti）含量的增加，涂层中面心立方（FCC）相含量逐渐降低，由FCC相+体心立方（BCC）相的双相结构转变为以BCC相为主的结构，且BCC相内纳米析出相颗粒密度显著增加，颗粒平均尺寸由97 nm降低至36 nm；同时，随着合金化组元含量的增加，涂层中等轴晶组织区域面积增大，等轴晶显著细化，平均晶粒尺寸最小仅为10.8 μm；涂层截面平均显微硬度由271HV0.1上升至718HV0.1，但涂层抗弯强度由2208 MPa降低至1374 MPa，所能承受的最大弯曲应变也由7.3%降低至0.47%。
为充分发挥无机铁电氧化物双钙钛矿Bi2FeCrO6（BFCO）的光电特性，选择P型半导体化合物Cu2ZnSnS4（CZTS）作为空穴传输层与BFCO结合，构建半导体异质结。采用脉冲激光沉积法（PLD）制备得到上述两种多元化合物薄膜，SEM，AFM，EDS及XRD测试结果可证明所得产物形貌均匀致密、且符合化学计量比；原位逐层沉积技术可以抑制异质结界面缺陷和杂质的产生。着重研究了沉积温度及不同基底对薄膜性能的影响。采用基于可见光吸收谱的测试和Tauc方法分别估算BFCO和CZTS薄膜的禁带宽度，结果分别为2.23 eV和1.49 eV。研究结果表明：该异质结具有良好的整流特性；当电场强度在0.5 kV/cm到2.0 kV/cm之间时，结构漏电机制符合Schottky发射模型。
采用核壳结构设计思想，成功将Al2O3包覆于CoNiCrAlY粉体表面制备核壳结构粉末，并通过正交实验设计优化核壳结构粉体的球磨制备工艺；探讨超音速火焰喷涂CoNiCrAlY-Al2O3涂层相结构与微观组织演变规律；对比研究CoNiCrAlY涂层和CoNiCrAlY-Al2O3复合涂层800℃的氧化行为。结果表明：各球磨工艺参数对核壳结构粉末的平均包覆率影响程度从大到小依次为：球磨转速、球料比与球磨时间。制备CoNiCrAlY-Al2O3核壳结构粉末最佳的球磨参数为：球磨转速180 r/min，球料比10∶1，球磨时间6 h。超音速火焰喷涂CoNiCrAlY涂层由γ-Co-Ni-Cr相组成。核壳结构粉末中高熔点Al2O3外壳显著抑制了CoNiCrAlY合金在喷涂过程中的氧化行为，导致CoNiCrAlY-Al2O3复合涂层β-NiAl相含量明显增加，涂层孔隙率升高，未熔颗粒增多。由于CoNiCrAlY-Al2O3涂层中的β-NiAl以及Al2O3含量较高，涂层表面在高温氧化过程中形成了致密的富Al2O3的保护层，抑制了非保护性氧化物的生长，使该涂层具有更优异的抗高温氧化性能。
为提高钨渗铜材料的性能以适应先进推进技术发展的需求，以ZrC粉和W粉为原料，采用无压烧结工艺制备ZrC-W多孔骨架，进而采用气压浸渗工艺对开气孔在20%左右的ZrC-W骨架压力渗铜，制备出ZrC-W-Cu复合材料。研究ZrC含量对ZrC-W骨架开气孔率、压缩强度及ZrC-W-Cu复合材料的显微组织和力学性能的影响规律。结果表明：随着ZrC含量（体积分数，下同）的增加，ZrC-W骨架的开气孔率先升高后降低，在ZrC含量为10%时开气孔率最大，为29.77%；ZrC-W骨架的压缩强度随ZrC含量的增加而下降，且整体低于W骨架；ZrC-W-Cu复合材料维氏硬度随ZrC含量的增加逐步增大，在ZrC含量为15%时达到3.26 GPa；弹性模量基本不变；断裂韧度随着ZrC含量的增加先升高后降低，抗弯强度在ZrC含量为4%时达到最大值，为1243 MPa。
在390℃热浸镀锌过程中施加20 kHz的超声波，采用数值分析法求解Keller-Miksis和Mettin方程，描述ZnAl8熔池中0~800 W超声空泡的生长规律和空化效应，研究超声功率对镀层ZnAl8合金组织的影响，以及对1050铝合金表面氧化膜的作用。结果表明：空化效应与超声功率呈现出非线性的变化规律，当超声功率为0~500 W时，空化以稳态效应为主，空化能量不足以消除镀层合金初生相的粗大枝晶组织，也不能消除铝合金氧化膜。当功率为600~800 W时，空化以瞬态崩溃破裂的方式释放能量，其中700~800 W的空化压强和温度效应可以将铝合金表面氧化膜击碎和熔蚀，为镀层中元素扩散提供了铺展润湿和物质传输的通道，镀层ZnAl8合金与1050铝合金基体之间形成了良好的冶金结合，镀层合金呈细小均匀的蔷薇组织。
采用扫描电子显微镜、能谱分析等研究定向凝固合金IC10与Al2O3陶瓷型壳的界面反应。结果表明：Al2O3型壳与IC10合金发生界面反应，合金表面粘砂严重；IC10合金中由于含有1.5%（质量分数，下同）Hf，使其活泼程度明显增加。界面反应层厚度约5~8 μm，反应区分成内、外两层，外层为HfO2，内层为富（Al，Ta，Nb）氧化物层，Al含量占80%。Hf和Al是界面反应的主导元素。
采用有限元方法研究化学强化铝硅酸盐玻璃的表面硬度、模量等微观力学行为，并与纳米压痕实验结果进行对照。结果表明，通过有限元计算获得的纳米压痕载荷-位移曲线与实验结果吻合度良好，根据有限元模拟得到的载荷-位移曲线，采用Oliver和Pharr方法计算出的硬度和杨氏模量值与实验得到的硬度和杨氏模量值非常接近。模拟过程中采用了根据Larsson塑性公式计算出的铝硅酸盐玻璃屈服强度与塑性区域的应力应变关系，模拟结果与实验结果吻合度高说明根据Larsson塑性公式获得的铝硅酸盐玻璃塑性参数准确度较高。根据有限元模拟得到的应力分布情况，分析了铝硅酸盐玻璃在化学强化前后的弹塑性变形行为，结果表明化学强化产生的表面压应力层对铝硅酸盐玻璃的弹性区影响较大，对塑性区影响较小。
采用碳纤维增强复合材料（CFRP）基板制备不同搭接长度的单搭接胶接接头，并利用数字图像相关方法（DIC）、万能电子试验机等测试手段，对胶接接头失效载荷、断裂过程和应变场变化等进行表征，研究搭接长度对单搭接接头拉伸性能、断裂过程、应变分布以及破坏特征的影响。结果表明：随搭接长度增加，接头平均剪切强度先明显降低，后趋于稳定。拉伸过程中由偏心载荷所引起的接头次弯曲效应愈加显著，搭接区域端部变形程度逐渐增大，接头初始破坏位置由搭接区域端部中的一端向两端转变。接头正面和侧面端部的应变集中区域由非对称分布向对称分布过渡。接头受剥离力逐渐增大，层间主要失效形式由剪切向剥离破坏转变，接头破坏模式经历了由界面和轻微纤维撕裂到混合失效再到层间分层的过程。
