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近年来，碳-陶瓷基复合材料因其耐高温、低密度、抗腐蚀性能好、热膨胀系数低、性能可设计性强等特点成为研究热点之一，将生物态材料的多孔结构引入陶瓷基体中制备具有生物形态的碳-陶瓷复合材料的研究已引起关注。本文综述了生物态碳-陶瓷基复合材料的多孔结构、制备工艺、性能以及应用前景。强调设计材料微观结构的重要性，并详细介绍了碳-陶瓷基复合材料制备过程中的关键技术——渗透技术，包括：化学气相渗透、熔融渗透、溶胶凝胶渗透、料浆渗透、聚合物前驱体渗透、熔盐渗透六种渗透技术，并对其存在的问题提出解决方案。综述了生物态碳-陶瓷基复合材料压缩强度和断裂强度等性能，对未来的性能研究方向提出建议，指出应测试高温、强酸强碱、冷热交替环境下材料的力学性能。探讨生物态碳-陶瓷基复合材料在航空发动机叶片、汽车尾气净化器、催化剂载体三个方面的潜在应用，概述在复杂成型、较强的力学性能和热稳定性等方面的挑战和实际局限性。最后，对生物形态的碳-陶瓷基复合材料制备工艺的改进、力学性能的研究进行展望，为生物态碳-陶瓷基复合材料的研制和应用提供理论依据和参考。
高超声速飞行器技术是航空航天领域发展的重要方向，对国防安全起着重要作用。高超声速飞行器能在极端环境中安全服役的关键在于飞行器的热防护材料与结构。一方面，热防护材料与结构必须能够经受恶劣的气动热环境；另一方面，热防护材料与结构还要在承载的同时尽可能降低质量以提高飞行器有效载荷。因此，需要研发兼具耐高温、轻量化、承载特性的热防护结构。本文首先综述了C/SiC陶瓷基复合材料轻量化点阵结构及其制造方法，对其在室温、高温环境下的力学行为与传热行为的研究现状进行了总结，并具体讨论了基于C/SiC陶瓷基复合材料轻量化点阵结构的耐高温、轻量化、承载、一体化热防护结构研究进展情况。最后，在新设计理论与方法、新制造技术、服役特性、多功能一体化设计与实现四个方面对面向一体化热防护的陶瓷基复合材料轻量化结构的研究挑战进行了展望。本文为高超声速飞行器新型热防护结构的发展提供一定借鉴与思考。
为了获得一种弯曲和介电性能良好的氮化物陶瓷材料，本工作首先以氮化硅晶须（Si3N4w）为原料，采用喷雾造粒工艺制备3种具有不同粒径分布的Si3N4w球形颗粒粉体，研究雾化盘转速对Si3N4w球形颗粒粉体粒径分布的影响。然后以喷雾造粒得到的Si3N4w球形颗粒为原料，采用干压法制备3种颗粒级配的Si3N4w预制体，研究颗粒级配Si3N4w预制体的孔径分布。采用化学气相渗透（CVI）和先驱体浸渍裂解（PIP）工艺在3种颗粒级配的Si3N4w预制体中进一步制备Si3N4基体，研究Si3N4w/Si3N4复合材料制备过程中的物相和微结构演变以及颗粒级配对Si3N4w/Si3N4复合材料的微结构、密度、弯曲强度和介电性能的影响。结果表明：3种颗粒级配的Si3N4w预制体均具有二级孔隙特征，其中小孔孔径均约为0.7 μm，大孔孔径分别为45.2，30.1 μm和21.3 μm。在制备的3种颗粒级配的Si3N4w/Si3N4复合材料中，S13样品的颗粒级配效果最好，复合材料的弯曲强度达到81.59 MPa。此外，该样品的介电常数和介电损耗分别为5.08和0.018。良好的弯曲强度和介电性能表明制备的Si3N4w/Si3N4复合材料有望应用于导弹天线罩领域。
为了满足储能系统和电动汽车市场对于高能量密度和快充的需求，兼具高能量和高功率密度的锂离子电池得到了广泛的关注。厚电极结构设计能够显著提高电池的能量密度并降低成本，且能与各种电极材料相兼容，是发展高能量密度锂离子电池的研究热点之一。厚电极通常面临着力学性能差和反应动力学慢等问题，因此构建力学性能良好和完善的锂离子及电子传输网络的厚电极至关重要。本文首先分析了厚电极的电化学特性和关键科学问题，然后梳理了目前构建厚电极的各种策略及其优势，最后探讨了厚电极的设计原则和发展方向。
对物理法制备的再生铜合金粉末进一步合金化，通过机械合金化（MA）结合放电等离子烧结（SPS）的方法制备了（Fe40Ni40Mn20）50Cu50，（Fe38Ni38Mn19Al5）50Cu50，（Fe36Ni36Mn18Al10）50Cu50和（Fe32Ni32Mn16Al20）50Cu50四种中熵合金块体，并研究了Al元素的含量对中熵合金微观组织与力学性能的影响。结果表明：在高能球磨60 h之后合金粉末完成合金化，四种中熵合金粉末均形成单一FCC相的过饱和固溶体且有微量WC杂质。经SPS烧结后，（Fe40Ni40Mn20）50Cu50，（Fe38Ni38Mn19Al5）50Cu50和（Fe36Ni36Mn18Al10）50Cu50形成了由富Cu的FCC1相和富Fe-Ni的FCC2相组成的双相FCC结构，并具有超细晶+微米晶的多尺度结构；而（Fe32Ni32Mn16Al20）50Cu50由富Cu的FCC主相和少量富Fe-Mn的FCC2相及富Ni-Al的BCC相（B2）组成。随着Al含量的提高，四种中熵合金的塑性逐渐降低，而强度和硬度逐渐提高。（Fe40Ni40Mn20）50Cu50合金的压缩屈服强度、抗压强度和维氏硬度分别为878 MPa，1257 MPa和248.5HV。与（Fe40Ni40Mn20）50Cu50相比，（Fe32Ni32Mn16Al20）50Cu50的压缩屈服强度和硬度分别提高了50.1%和50.4%，断裂应变由19.55%下降至8.31%。
选择激光选区熔化(selective laser melting, SLM)工艺中不同激光功率和扫描速度的参数组合制备GH3536高温合金试样，采用μCT技术表征试样内部的孔隙率及缺陷特征，同时采用光学显微镜和扫描电镜验证缺陷类型，并分析熔池形貌。结果表明：SLM工艺参数与合金中缺陷特征和熔池形貌密切相关，优化参数组合时连续性熔池具有较大的长宽比、彼此搭接良好，同时成形试样的孔隙率远低于0.01%，存在随机分布、尺寸较小的气孔；偏离优化参数组合时不仅在间断性熔池界面形成了尺寸较大的孔洞，而且增加了SLM成形过程的不稳定性，形成了少量的未熔合，这两类缺陷均具有一定的各向异性；试样中还存在未能被μCT发现的微气孔和微裂纹。
采用分离式Hopkinson压杆对热冲压淬火-配分（HS-Q&P）钢在0~12000 s-1应变速率范围内进行动态压缩实验，利用SEM，EBSD，XRD等分析表征手段探究动态压缩过程中试样的变形行为。结果表明：实验钢在不同速率下的变形行为基本相似且分为3个阶段，在平台处应力有小幅度增加，增幅更多体现在应变上。在压缩过程中出现的绝热升温会带来软化效应。残余奥氏体的存在会提高实验钢的强度和塑性变形能力。钢中残余奥氏体发生相变诱导塑性（transformation induced plasticity，TRIP）效应减少的体积分数与马氏体增加的体积分数基本一致，证明TRIP效应为钢中主要的强化机制。同时，通过SEM可观测到残余奥氏体发生TRIP效应转变成细小针状马氏体，随着应变速率增加，晶格畸变越来越严重，EBSD图像中可以观测到部分形变孪晶，在不同应变速率下，〈001〉取向的晶粒都会更容易产生形变孪晶。
采用Gleeble热模拟压缩试验机、显微硬度计、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等研究固溶冷却速率对TB17钛合金力学性能和条状α形貌的影响。结果表明：具有网篮组织的TB17钛合金经两相区固溶后，当固溶冷却速率为200℃/min时，合金显微硬度为250HV，随着固溶冷却速率的降低，钛合金显微硬度逐渐增加，当固溶冷却速率降低到1℃/min（炉冷）时，显微硬度增加到320HV。在连续冷却过程中会发生β→α相变，在β基体上析出次生α相，同时条状α相会转变为"叉状"结构；随着固溶冷却速率的降低，"叉状"结构逐渐变粗长大，当固溶冷却速率为40℃/min时，"叉状"结构的宽度约为14 nm，当固溶冷却速率为10℃/min时，"叉状"结构的宽度约为100 nm，当固溶冷却速率为1℃/min（炉冷）时，"叉状"结构的宽度约为300 nm；而当固溶冷却速率大于10℃/min时，条状α相侧面和端面包裹着斜方马氏体α″相，马氏体相的存在促进了α相转变和"叉状"结构的形成。当固溶冷却速率逐渐降低至1℃/min左右相当于炉冷速率时，"叉状"结构变粗，条状α相端面和侧面的斜方马氏体相消失，发生α″→α相变。
将Fe-NiAlMn和Fe-CuNiAlMn合金在900℃固溶2 h后水淬，并在500℃时效不同时间。利用显微硬度测试和原子探针层析技术（APT）研究Cu的添加对Fe-NiAlMn合金析出强化过程的影响。结果表明：Cu的添加增强了时效初期的析出强化效果，加快了整个析出强化进程。时效过程中，Cu元素首先偏聚形核成为富Cu相，并促使Ni，Al，Mn元素在富Cu相与基体界面处偏聚形核形成Ni（Al，Mn）相，两相为核壳结构。随着时效时间的延长，富Cu相由BCC结构转变为FCC结构，与Ni（Al，Mn）相逐渐分离。
随着电动汽车的发展，对电池能量密度提出了更高的要求，具有高能量密度的高镍/硅氧碳软包电池成为长续航电动汽车的首选，但是高镍/硅氧碳电池在实际使用中存在容量快速衰减的问题。采用无损电化学分析和事后拆解分析对循环过程中电池容量和内阻的变化进行检测，通过对比电池循环前后正负极结构、材料形貌和表面成分的变化，揭示高镍/硅氧碳电池循环失效机制。结果表明：电池容量衰减呈现平稳期、快速衰减期和急速衰减期3个阶段。循环后电池极化更加严重，电池极化内阻、负极表面膜阻抗和电荷转移阻抗明显增加。通过微分曲线分析结合拆解分析发现，高镍正极材料衰减较少，硅氧碳负极材料衰减和活性锂离子损失较多。硅氧颗粒膨胀开裂，负极活性物质损失，负极表面膜连续生长消耗过多的活性锂为电池容量快速衰减的主要原因。
以Li2CO3与锐钛矿型TiO2为原料，六水合硝酸钇（Y（NO3）3·6H2O）为钇源，采用球磨辅助固相法合成了Li4Ti5-xYxO12（x=0，0.05，0.10，0.15，0.20）负极材料。通过X射线衍射分析（XRD）、扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）与X射线光电子能谱（XPS）分别对材料的物相与形貌进行表征分析，并利用电化学工作站对材料的电化学性能与电荷输运特性进行测试。结果表明，Y3+掺杂没有影响尖晶石型Li4Ti5O12（LTO）材料的尖晶石结构，x=0.15时，Li4Ti4.85Y0.15O12样品的离子与电子电导率分别为2.68×10-7 S·cm-1和1.49×10-9 S·cm-1，比本征材料提升了1个数量级，表现出良好的电荷输运特性。电化学测试表明，Li4Ti4.85Y0.15O12样品在0.1 C倍率首次放电比容量可达171 mAh·g-1，且在10 C与20 C高倍率下仍然拥有102 mAh·g-1和79 mAh·g-1的较高比容量，循环200周次后容量保持率分别为92.6%和89.1%，表现出良好的倍率特性。
采用球磨-原位氧化法制备出具有核-壳结构的Al2O3@CIPs复合材料。通过X射线衍射仪、热重分析仪、扫描电镜对Al2O3@CIPs的物相组成、质量变化和微观形貌进行分析，研究不同氧化温度对Al2O3@CIPs复合材料电磁性能和吸波性能的影响。结果表明：随着氧化温度的升高，Al2O3@CIPs的壳层出现不同程度的损坏，并伴有Fe氧化物的生成。其中，介电常数先增大后减小，而磁导率则降低。对比CIPs，经过400℃原位氧化获得的Al2O3@CIPs具有良好的吸波性能，对应的介电常数实部约为15，虚部为2.8~4.3。在X波段1.8 mm厚度下可获得3.4 GHz的有效吸收带宽（< -10 dB），而在450℃原位氧化得到的Al2O3@CIPs在11.1 GHz处获得最大的反射损耗，为-30 dB。
为改善碳纤维增强复合材料（CFRP）胶接界面力学性能，采用低温氧气等离子体处理设备对CFRP进行表面处理。利用接触角测量仪、扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）、X射线光电子能谱（XPS）对CFRP表面润湿性、表面能、表面形貌、表面化学组分等进行表征，通过双悬臂梁实验（DCB）对CFRP胶接界面力学性能进行研究。结果表明：随氧气等离子体处理时间从0 s增加至30 s，表面水接触角从97°降至29°，CFRP表面润湿性达到最佳，极性分量占比显著增多；随处理时间的增加，CFRP表面粗糙度和最大高低差降低，形成较多谷峰分布的纳米级沟壑，基体表面积增大；同时，表面C—O和C＝O等含氧极性官能团含量明显增加，C—C/C—H和Si—C官能团含量减少，表面污染物得到有效清除和转化；与未处理相比，经氧气等离子体处理20 s后，CFRP胶接界面最大剥离载荷和Ⅰ型断裂韧度分别提高了1.01倍（62.73 N）和1.92倍（649.21 J/m2）。研究发现，氧气等离子体处理可以显著改善CFRP表面物理化学特性，有利于CFRP与胶黏剂更好的黏结，提高胶接界面剥离强度与韧性。
采用氧等离子体活化聚（苯并噁唑-酰亚胺）（PI）薄膜，以此为基底，通过离子注入和化学电镀铜工艺制备高黏结性、耐锡焊性的无胶柔性单面覆铜板（FCCL）。控制气流压强，研究处理功率、处理时间对薄膜表面结构、化学成分及其与Cu层黏结性能的影响。结果表明：氧等离子体改性对改善PI薄膜黏结性能有重要影响，控制压强30 Pa，处理功率100 W，时间10 min，表面引入含氧极性基团，蚀刻明显，使薄膜的浸润性增强；PI薄膜与铜离子形成络合物，进一步赋予FCCL优良的黏结性能，其剥离强度比现有FCCL提高60%以上。
聚芳醚酮（poly（aryl ether ketone），PAEK）热塑性复合材料因其突出的韧性、耐老化性能、耐疲劳性能，以及成型加工低成本、高效率、可回收等一系列优势，得以替代部分传统热固性复合材料，并已在国外航空等高端工业领域取得成功应用。PAEK是一种半结晶高聚物，复合材料不同的成型工艺条件导致树脂基体聚集态结构的差异，对其力学性能、耐老化性能等均存在显著的影响。对国产PAEK树脂的结晶动力学进行了研究，通过控制成型降温条件，采用模压工艺制备了树脂结晶度不同的连续碳纤维增强复合材料，并对其进行了湿热老化处理，评价了老化处理前后复合材料的弯曲性能。结果表明：采用较大的降温速率能够提高树脂的结晶速率，但会降低树脂的结晶度。在随炉冷却、空气冷却和水冷却三种不同的降温条件下，制备的复合材料结晶度分别约为36.3%，29.7%，26.5%，结晶度的显著差别导致复合材料的弯曲强度随结晶度的降低而减小。经湿热老化处理240 h后的弯曲强度保留率分别为88.8%，86.7%，86.6%，较高的结晶度能够较好地抵抗水对复合材料界面的破坏，提升复合材料的耐湿热老化性能。
PEO基固态聚合物电解质被认为是目前固态锂电池领域极具产业化前景的固态电解质。为适应工业化生产，采用静电纺丝技术制备PEO/LiClO4固态聚合物电解质（SPE），研究纺丝电压、纺丝液质量浓度和锂盐含量对SPE纤维膜形貌和直径的影响。通过扫描电子显微镜观察SPE中纤维的形貌，利用Image J软件分析SPE纤维的直径。通过DSC，XRD，FTIR-ATR和拉伸测试等手段对静电纺丝制备的SPE纤维膜的组成、结构、性能等进行研究。结果表明：当纺丝电压为15 kV、PEO/LiClO4纺丝液质量浓度为6%、[EO]∶[Li+]=10∶1（摩尔比）时，静电纺丝方法制备的PEO/LiClO4SPE纤维膜具有较好的纤维形貌，平均直径为557 nm，分布均一；当[EO]∶[Li+]=10∶1时，SPE纤维膜中PEO的熔点仅为53.8℃，结晶度低至18.9%；电解质在30℃时的离子电导率达到5.16×10-5 S·cm-1，同时具备良好的电化学稳定性和界面稳定性。
以ZnO和三聚氰胺为原料，采用热聚合法制备ZnO/g-C3N4复合型光催化剂，并将其用于光催化还原U（Ⅵ）。通过SEM，XRD，XPS，PL，UV-Vis测试手段对样品的表面形貌、晶格结构、元素组成、光催化性能进行分析。结果表明：ZnO的掺杂降低光生电子与空穴的复合率，扩大材料对可见光的响应范围，使复合材料具有更高的光催化活性。在pH=5、投加量为0.5 g/L时，经过暗反应30 min和光反应30 min，对U（Ⅵ）的最高去除率可达97%。U（Ⅵ）可被还原为U（Ⅳ），光生电子e-是实现将U（Ⅵ）还原为U（Ⅳ）的主要因素。
以天然凹凸棒石为硅源，钛酸丁酯为钛源，四丙基氢氧化铵为模板剂一步水热合成钛硅分子筛，并研究了钛硅比对合成产物结构和性能的影响。通过XRD，SEM，UV-Vis和N2吸附-脱附对钛硅分子筛的晶体结构、形貌、钛的存在形式和孔道特征进行表征，并对亚甲基蓝印染废水进行光催化实验考察分子筛的光催化性能。结果表明，当钛硅比为1∶30时，其XRD特征峰强，结晶度高，晶粒大小均匀，呈规则六棱柱状，钛以骨架钛和锐钛矿型TiO2形式存在，孔道结构兼具微孔和介孔。分子筛具有光催化性，光催化反应遵循拟一级反应动力学。利用响应曲面法建立模型优化pH=7.8亚甲基蓝溶液最佳实验条件为初始浓度10.0 g/mL，光催化时间48 min，投加量0.05 g，经光催化降解溶液脱色率达到98.75%。
利用超声检测技术无损评价金属材料的疲劳损伤程度，是保证高性能零部件承载性能和服役可靠性的重要手段。以工业纯铁低周疲劳损伤为研究对象，提出将临界折射纵波（critically refracted longitudinal，LCR）与递归定量分析相结合的无损评价方法。结果表明：拉-压加载过程中表现为循环硬化，随加载周次增加至1000周次，LCR波幅值及对应归一化幅值差Adif整体呈单调变化，5 MHz检测频率的灵敏度高于2.25 MHz。进一步对LCR波进行递归定量分析，递归图随疲劳损伤发展变化明显，提取归一化递归度差RRdif作为损伤指标，较时域、频域和时频域最大幅值等指标的灵敏度显著提升，增加幅度最大可达44%，为早期疲劳损伤的无损评价提供了新手段。
