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近年来，随着研究技术手段的发展，纳米线表现出了大量具有潜在应用价值的新现象。清晰描绘纳米线结构与力学性能的构效关系对纳米器件的设计、服役以及性能优化具有重要的指导意义。本文首先归纳了纳米线力学性能几种常用的原位测试方法，其次介绍了各类纳米线在拉伸实验中的弹性和强度等力学性能，阐述了纳米线与尺寸相关的塑性变形，此外简述了纳米线在原位测试中所表现出的奇特力学行为。今后，系统地研究原位电镜表征过程中电子束辐照对纳米线变形行为的影响，探究纳米线在复杂外场环境下所展现的力学性能，从而建立一套完备的理论指导体系，是纳米材料性能原位表征领域的重要发展方向。
纳米流体是指流体在特征尺寸小于100 nm的通道或孔中流动呈现超快水运输、表面电荷控制离子传输等独特的物理行为。该现象的有效利用在生物、能源相关领域展现出巨大的潜力，因而引起人们的广泛关注。近年来，随着纳米流体通道制造技术的飞速发展，利用其进行能源转化取得了空前的增长。本文综述了纳米流体通道的主要制备方法，介绍基于纳米光刻、微电子机械系统技术(MEMS)、纳米材料三类常规制备策略以及其他非常规纳米流体通道制备方法，随后讨论了纳米流体通道在盐差能转换、刺激相应门控、离子检测、单分子传感、海水淡化领域的重要应用研究，最后，对当前利用纳米流体材料的制备方法及未来研究方向面临的挑战和机遇进行讨论，比如高成本、可靠性和稳定性有待提高等。
可充电水系锌离子电池(ZIBs)由于性能优良、价格低廉、环境友好等优点而被广泛研究，而针对高容量、长循环寿命的ZIBs阴极结构设计成为该领域研究的热点。采用同轴静电纺丝法，以PAN溶液为皮层，含有Mn(NO3)2·xH2O的PAN溶液为芯层制备纳米纤维膜，并对其炭化后得到了一种表面具有类皮脂腺凸起结构的碳纳米纤维(MCNFs)，在其表面电化学沉积MnO2，制得了与电解液具有优良亲和性的MnO2@MCNFs阴极材料。研究表明：设计得到的类皮脂腺结构不仅增大了阴极比表面积，而且在MCNFs基底与电化学沉积的α-MnO2活性物质之间形成铆接效应，加固了界面结合，减少活性物质脱落，降低界面电阻，缩短了电子传导和离子扩散路径。对其电化学性能进行测试，芯层Mn(NO3)2·xH2O含量为3%的阴极在100 mA/g的电流密度下，首周次比容量达581.16 mAh/g；在1 A/g电流密度下循环1000周次后比容量仍大于120 mAh/g，库仑效率保持在99%左右。
燃料电池是一种非常有前景的新能源体系。燃料电池不使用热力发动机，利用电极和电解质界面发生的化学反应直接将燃料的化学能转换成电能，反应不受卡诺循环限制，因此，具有高的能量转换效率。在燃料电池中，质子交换膜燃料电池(PEMFC)在便携式设备、交通运输以及固定装置领域具有重要的应用前景。然而，目前的PEMFC还存在一些问题，主要包括高成本、功率不足、稳定性差等问题，限制了其大规模商业化应用。这些问题的根本原因在于PEMFC中阴极催化剂、气体扩散层、质子交换膜和双极板等关键材料的成本和性能还不能满足PEMFC商业化的要求。要实现PEMFC的大规模应用，需要开发先进的阴极催化剂、气体扩散层、质子交换膜和双极板等关键材料。针对PEMFC对低成本、高性能先进材料的需求，本文综述了阴极催化剂、气体扩散层、质子交换膜和双极板等关键材料的研究进展以及应用面临的问题，并指出了未来的发展方向：加强铂合金催化剂以及金属-氮-碳(M-N-C)化合物催化剂的规模化制备工艺的探索；制备兼具高质子传导率和优异力学性能的质子交换膜；详细研究改性气体扩散层在不同的工况条件下对PEMFC性能的影响；开发具有优良耐蚀性和导电性的涂层或新型金属材料用于双极板。
作为新型储能设备，水系锌离子电容器具有高功率密度、大能量密度、长循环寿命和高安全性等优异性能，在民用电子设备和军用电气化武器装备领域具有极高的应用前景，有望成为代替锂离子电池的新一代储能方案。本文系统梳理了活性炭正极材料、碳纳米管正极材料、石墨烯正极材料和生物质碳正极材料等碳基正极材料的储锌能力，总结了MXene正极材料在锌离子电容器领域的研究进展，归纳了过渡金属氧化物正极材料的锌离子储存性能，指出开发高容量、耐高压、耐低温正极材料的必要性与紧迫性。
泡沫金属复合材料是一种轻质复合材料，具有低密度、高强度、高屏蔽性能、高阻尼性能等特性，其在航空航天、钻井隔水管浮筒、人工骨等多个领域具有广泛的应用前景，备受人们关注。本文通过对现有文献的研究，介绍了泡沫金属复合材料的制备方法，深入分析泡沫金属复合材料的显微结构对其性能的影响，综述了材料的力学性能、阻尼性能、屏蔽性能、隔热等性能和机制的进展以及其在相关领域的应用，为未来泡沫金属复合材料的开发提供一定的理论依据，并对其新制备工艺、建模研究、夹芯结构以及高性能泡沫空心球的制备等研究方向进行展望。
制备了新型聚醚砜(PES)点阵附载U3160的ESTM-fabric织物，PES附载量分别为15(ES-15)，25(ES-25)，35(ES-35) g/cm2。采用RTM工艺制备了ESTM-fabric织物增强双马来酰亚胺树脂(牌号：6421)基复合材料(ESTM-fabric/6421)，对其进行动态力学热分析(DMTA)，还进行了冲击阻抗及冲击后压缩性能研究，并利用荧光显微镜分析其增韧机理，同时研究对比了未增韧U3160织物增强6421树脂基复合材料(ES-0)的性能。DMTA分析结果显示，ES-0仅有一个源于BMI基体树脂的玻璃化转变温度(Tg)，增韧后复合材料出现了两个Tg：191~195 ℃的松弛峰源于增韧剂PES，230~250 ℃的松弛峰源于BMI基体树脂。低速冲击结果显示，ES-0试样的初始损伤载荷(DTL)降低非常显著。增韧复合材料的DTL远高于ES-0试样，且与最高峰值载荷相同；随着增韧剂增多，DTL增大，冲击损伤面积减小。荧光显微结果显示：ES-0试样的冲击损伤以分层破坏为主。增韧复合材料在压头下方产生了大量层内和层间基体裂纹，且冲击背面的铺层破裂更加严重，其锥形冲击损伤范围要小于ES-0试样。ES-0试样的冲击后压缩强度(CAI)为144.66 MPa，增韧复合材料ES-15，ES-25和ES-35的CAI值分别依次增大为205.85，265.74 MPa和275.14 MPa。ES-0试样经冲击后压缩破坏后结构中出现了大量分层，结构无显著的劈裂；ES-15试样存在大量的纤维铺层劈裂及显著的基体裂纹；ES-25试样和ES-35试样以铺层剪切破坏为主，这些损伤会吸收大量能量，从而导致高的CAI值。
为解决传统金属与复合材料混合成形方法中存在的分层失效、纤维破坏等问题，设计一种结合金属增材制造、复合材料机织与缝合等工艺的新型混合结构，将金属骨架与机织复合材料法向缝合后共固化成形，增加异质材料之间的结合强度，实现宏观尺度上金属与复合材料的灵活成形与稳定连接。通过三点弯曲实验研究新型混合结构的面内弯曲性能，采用非接触式图像测量手段分析混合结构样件的损伤形貌及失效机理。结果表明：混合结构失效是多种失效模式的组合，包括纤维层上侧压缩/下侧拉伸断裂、异质材料层间失效及金属塑性损伤等；层间分层是由界面旁侧存在基体裂纹和层间剪应力、相邻层间刚度不相容等多因素造成的；随着样件结构厚度增加，其结构弯曲强度和弯曲弹性模量均增大；开孔处引入缝合纤维可以在一定程度上抑制分层裂纹的扩展，提高结构抗分层断裂性能。
研究T800碳纤维/环氧树脂基复合材料在海水环境中进行湿热腐蚀老化，将制备好的试件放置在人工制备70 ℃，3.5% NaCl溶液中腐蚀30, 60, 90 d，通过质量变化、老化前后表面形貌、红外光谱、动态力学性能、压缩实验和层间剪切实验分析材料的力学性能变化。结果表明：T800碳纤维/环氧树脂复合材料在3.5% NaCl溶液中吸湿率分别为0.39%，0.47%，0.53%；未老化试样纤维与基体之间黏结良好，在3.5% NaCl溶液老化后纤维与基体界面破坏随时间的增加老化更加严重；玻璃化转变温度Tg下降，分别在老化30, 60, 90 d后从189.16 ℃下降到177.54，171.88，168.06 ℃；经3.5% NaCl溶液老化后，老化30, 60, 90 d试样的最大破坏载荷分别降低3.2%，8.4%，15.3%，压缩强度分别降低3.0%，8.2%，15.9%；层间剪切最大破坏载荷分别降低3.0%，9.2%，14.9%，剪切强度分别降低3.0%，9.7%，16.4%。
在高速搅拌条件下调整分子组装过程的外界应力，制备出短通道(500~700 nm)、条棒状的有序介孔二氧化硅，研究不同模板剂脱除方式对介孔二氧化硅的水蒸气吸附性能影响，获得强化介孔二氧化硅吸附性能的方法。结果表明：在短通道、条棒状介孔二氧化硅的制备过程中模板剂脱除的温度对材料表面羟基浓度影响较大，选择萃取与低温煅烧相结合方法脱除模板剂，萃取4次，250 ℃煅烧脱除模板剂的材料水蒸气吸附性能最好，在实验条件下平衡吸附时间约为7.5 min，是商品SBA-15的78.95%;平衡吸附量0.73 g·g-1, 是商品SBA-15的1.49倍。
为提高WC-Ni3Al硬质合金的力学性能，采用放电等离子烧结制备Ti掺杂的WC-Ni3Al硬质合金，并研究不同Ti添加量对WC-Ni3Al硬质合金微观组织和力学性能的影响。结果表明: Ti的添加减小WC-Ni3Al块体样品中反应生成的少量Al2O3的尺寸，并且使Al2O3的分布更加均匀。一方面，小尺寸的Al2O3与原位生成的(Ti, W)C协同提高WC-Ni3Al块体样品的硬度；另一方面，适量Ti的添加还提高WC-Ni3Al硬质合金的断裂韧度，这是由于原位生成的(Ti, W)C与WC有较好的界面结合，增加对裂纹扩展的桥接与偏转作用。当添加3%(质量分数)的Ti时，WC-Ni3Al硬质合金获得了优异的力学性能，硬度和断裂韧度分别为(19.29±0.18) GPa和(13.14±0.24) MPa·m1/2。
以GCr15SiMo钢为对象，研究热处理工艺对其微观组织的影响规律，并利用霍普金森杆和GNT100-2型高温拉伸试验机，分析不同组织结构GCr15SiMo钢的动态及高温力学行为。结果表明：淬火温度由800 ℃升高至920 ℃，GCr15SiMo钢中M3C型碳化物颗粒的质量分数由2.319%减少至0%；动态压缩过程中，GCr15SiMo钢的失效应变均随应变速率的增加而增大，在真应变分别为0.2和0.8时，随着淬火温度的升高，GCr15SiMo钢流变应力分别下降13.45%, 21.44%, 27.49%和31.79%，流变应力迅速下降主要与组织结构和动态压缩变形时的绝热剪切机制有关；在高应变速率条件下，GCr15SiMo钢的宏观变形由镦粗转变为沿45°方向的剪切破坏，绝热剪切机制是导致变形行为变化的主要原因之一，且组织结构是影响材料绝热剪切敏感性的关键因素之一；GCr15SiMo钢动态压缩变形过程中形变升温在117~333 ℃之间，M3C碳化物颗粒回溶是其高温性能呈现抗拉强度增加、屈服强度降低的关键因素之一；淬火温度为920 ℃时，GCr15SiMo钢的组织为均匀一致的孪晶马氏体，孪晶马氏体中的亚晶界可有效阻碍位错运动，在拉伸应力作用下表现出明显的应变硬化现象，应力-应变曲线较淬火温度800 ℃时呈现更显著的上升趋势。
钛合金的耐磨性较差，在钛合金活动部件表面制备钛基非晶合金涂层是一种保持钛合金优势又提升其耐磨性的选择。采用X射线衍射仪、差示扫描量热仪、SEM、摩擦磨损试验机，对冷热循环处理前后钛基块体非晶合金的组织结构与摩擦行为进行比较研究。结果表明：经过冷热循环处理后的钛基块体非晶合金仍然保持着完全非晶态，弛豫焓提升11%。冷热循环处理后钛基非晶合金的平均纳米硬度从6.84 GPa降低到6.59 GPa，平均弹性模量从118.70 GPa降低到103.43 GPa，但硬度与弹性模量的比值增大。冷热循环处理后，钛基块体非晶合金在5 N和10 N的载荷下磨损率减小了约10%。与TC4合金相比，其在5 N和10 N载荷下的磨损率分别减小了20%和50%。TC4合金由于硬度较低，呈现较为严重的黏着磨损。冷热循环处理后，钛基非晶合金的磨损机制从铸态的磨粒磨损为主向磨粒磨损、黏着磨损和氧化磨损共同作用转变，且随着载荷的增大，黏着磨损减轻，磨粒磨损占据主导。因此，冷热循环处理是提升钛基块体非晶合金摩擦学性能的一种有效方法。
盐浴复合(QPQ)技术为公认的能同时提高金属材料耐腐蚀性和耐磨性的表面改性技术，但其推广使用受到环保制约。为开发绿色高效表面改性技术，探索了离子氮碳氧三元共渗(PNCO)技术，并与QPQ技术改性效果进行了对比研究。选择45钢为原材料，分别采用PNCO技术和QPQ技术进行表面改性。利用光学显微镜及扫描电子显微镜、XRD、显微硬度计、摩擦磨损试验机、浸泡腐蚀实验对两种表面处理试样的截面显微组织、物相、表面及截面硬度、耐磨性和耐腐蚀性进行测试和分析。结果表明，在510 ℃×4 h工艺条件下，PNCO处理获得的化合物层厚度为20.14 μm，有效硬化层厚度为59 μm，截面最高硬度为760HV0.05，磨损率为1.39×10-3 g·N-1·m-1，腐蚀失重率为0.39%。XRD结果分析表明，PNCO处理后渗层形成了FexN化合物和以Fe3O4为主的氧化物相。PNCO和QPQ对比研究发现，两者表层硬度、耐磨性及耐腐蚀性均相近。本研究为绿色高效表面改性技术提供了可行的研究方向。
基于激光选区熔化(selective laser melting, SLM)技术，采用加热打印基板和低功率慢扫描的打印策略，制备了近全致密、低缺陷的高速钢样品；对比分析了固溶淬火及1~4次高温回火等热处理工艺对高速钢显微组织及力学性能的影响。结果表明：SLM极高的熔融/冷却速率产生了细晶奥氏体组织，解决了高速钢中常见的粗大莱氏体组织和网状碳化物问题。固溶淬火处理后高速钢组织由马氏体和残余奥氏体组成。随后在数次高温回火过程中，高速钢逐渐向回火马氏体转变，并析出大量微米级和纳米级MC型碳化物。在马氏体相变强化和MC型碳化物沉淀强化作用下，固溶淬火+3次回火的Tempered-Ⅲ样品硬度60HRC，抗弯强度3621 MPa，弯曲断裂应变为10.1%，获得硬度、强度和韧性匹配较佳的综合性能。继续增加回火次数则导致部分碳化物长大，使得高速钢弯曲断裂应变有所降低。通过SLM技术结合固溶淬火+高温回火，能够充分发挥细晶强化、相变强化和沉淀强化效果，为高强高韧复杂形状高速钢零件的快速制备提供了新途径。
采用机械混合法制备纳米SiC/AlSi7Mg混合粉末，利用激光选区熔化技术(selective laser melting, SLM)成形纳米SiC颗粒增强AlSi7Mg复合材料，观察和分析试样的相对密度、物相和微观组织，并测试材料的硬度和拉伸性能。结果表明：SLM成形纳米SiC/AlSi7Mg复合材料试样的相对密度随着扫描速度和扫描间距的增大均呈现先增加后减少的趋势，相对密度最高可达99.75%；试样微观组织与SLM成形铝合金相似，Si相呈网状结构均匀嵌入α-Al基体中，且在Al基体中存在与Si分布相似的纳米SiC团聚物及Mg2Si相; 与AlSi7Mg相比，复合材料微观组织由柱状晶转化为等轴晶，且晶粒明显细化(平均晶粒尺寸为1.36 μm)；由于SiC的加入，产生细晶强化和固溶强化，试样的硬度和强度均明显提高，硬度最高达到137.3HV，抗拉强度达到448.3 MPa，屈服强度达到334.7 MPa，但伸长率下降至3.9%，断裂模式主要为脆性断裂。
以2 mm厚的7075-H18高强度铝合金板材为研究对象，采用微观组织分析、显微硬度测试、动力学建模与计算相结合的方法，对板材的淬火敏感性、等温相变行为及转变动力学进行系统研究，构建“时间-温度-性能”关系图。结果表明：7075-H18板材具有较高的淬火敏感性。“时间-温度-性能”关系图的鼻尖温度约为350 ℃，孕育期仅为0.23 s，淬火敏感温度区间为271~404 ℃，转变量为0.5%的曲线对应的临界线性冷却速率为969.7 ℃/s，超过了冷模淬火所能达到的冷却速率。板材在等温淬火过程中主要形成粗大的η平衡相，等温时间越长，晶内与晶界的η相尺寸越大，晶界η相越趋于连续分布，且无沉淀析出带变宽。基于实验数据构建的等温转变动力学模型，对7075-H18板材的等温相变过程进行准确预测，板材在350 ℃等温过程中沉淀相的析出速率最大，等温相变类型为“形核-长大”型相变，相变过程为层片状沉淀相的长大、增厚及互相吞并。理论计算结果与透射电子显微镜下观测到的η相特征以及“时间-温度-性能”关系图相一致。
为探讨AZ31B挤压态镁合金棒材沿径向取样的循环变形特征，开展了0.75%, 1.0%, 2.0%和4.0%应变幅下应变控制的非对称压-压循环变形实验。结果表明：在小应变幅(0.75%，1.0%)下，循环变形的滞回曲线表现出较好的对称性；在大应变幅(2.0%，4.0%)下，滞回曲线对称性差，且在滞回曲线上出现拐点；随着循环周次增加，塑性应变幅呈现下降趋势，材料均表现出循环硬化行为，在小应变幅下循环拉伸阶段对材料硬化率远大于压缩阶段的硬化率，而在大应变幅下这种区别并不明显。分析表明，沿径向取向的〈11${\rm{\bar 2}}$0〉丝织构镁合金，小应变幅下位错滑移在整个寿命周期内作用更大；大应变幅下，随着塑性变形的增加，循环过程中变形机制发生演化，较低临界剪切应力(critical resolved shear stress, CRSS)的基面位错和拉伸孪生不能完全满足变形要求，较高CRSS滑移系启动及残余孪晶使得滞回曲线出现拐点；循环变形过程中不完全的孪生-去孪生过程使基体中存在大量残余孪晶，影响了循环变形过程的硬化率，同时降低了疲劳寿命。
