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随着信息化、电动化和新能源技术的快速发展，便携电子、电动汽车和储能设施需要更高能量密度的电化学储能电池，但广泛使用的锂离子电池的能量密度正逐步接近极限，难以满足上述需求。因此亟需发展更高能量密度的电化学体系。锂金属负极具有极高的理论容量（3860 mAh·g-1）和最低的氧化还原电势（-3.04 V vs SHE），被认为是实现下一代高能量密度电池的理想材料。然而在几十年的发展过程中，锂金属电池较低的循环寿命和安全性问题严重制约了其实用化。本文从锂金属电池的发展历程出发，分析锂金属负极反应活性高、锂枝晶、死锂和体积膨胀等问题及作用机理，并就上述问题分别从界面设计和体相设计方面综述应对策略，包括非原位/原位生成的界面层保护、合金化锂负极以及三维复合锂负极，最后针对实效电池的约束条件、电极串扰及大容量电池的失效机制等实用化锂负极未来发展进行探讨和展望。
锌离子电容器是一种由电池型负极和电容型正极组成的混合型超级电容器，具有高能量密度、高功率密度、高安全性、低成本等优点。锌离子电容器能量密度仍受限于正极材料的储能能力，因此，如何设计高比电容的正极材料是提高其能量密度的关键。本文首先对锌离子电容器的发展历程、结构和原理进行了概述，并分析了限制锌离子电容器应用的原因；其次，系统归纳了典型碳基材料和赝电容材料作为正极材料的器件性能及其优点与不足；再次，选取代表性研究工作重点总结了纳米结构设计、复合材料构建、杂原子掺杂三种正极材料设计策略及研究进展；最后，对正极材料的发展前景进行了展望，具体指出深入研究和发现新的电化学机理、开发新型高性能正极材料、探索有效的碳材料改性策略和研制功能性（如柔性）电极材料等研究方向，为制备出具有优异电化学性能的正极材料提供重要思路。
随着环境问题的日趋严重和能源危机的不断攀升，利用电催化技术开发可持续的绿色新能源迫在眉睫。过渡金属低维纳米材料具有高活性表面、高效的电子转移速率和丰富的表面空位，能够有效提升电催化反应的效率和稳定性。本文基于材料维数，将过渡金属低维纳米材料分类，并分别阐明其优势，重点综述零维、一维、二维纳米材料在电催化领域中的研究成果，揭示低维纳米结构与电催化活性、稳定性之间的关系，明确了低维纳米化是提高电催化性能的有效方法。最后，指出过渡金属低维纳米催化剂应根据需求合理设计并优化其结构。未来低维纳米催化剂的发展方向应是基础研究与计算研究相结合，用理论来引导设计，搭配机器学习预先选择合适的结构模型以及朝着改进现有材料结合更多更高效的复合材料进一步发展。
锂离子电容器（lithium-ion capacitors，LICs）是一种兼具锂离子电池和双电层电容器优点的新型功率型储能器件。然而，电池型负极的缓慢电化学动力学性能限制LICs的应用。金属硒化物因其良好的导电性、快速的反应动力学和高理论比容量等优点备受关注。本文对金属硒化物的分类、结构和性质进行系统介绍，并重点讨论插层机制、转化机制和合金化机制的三种储能机制。最后，分析结构调控、碳材料协同和双金属硒化物构筑等改性方案对电化学性能的影响，并介绍由以上三种改性方法制备的结构稳定和高离子/电子传输能力的金属硒化物材料在锂离子电容器中的应用。
随着可穿戴电子产品的微型化发展，开发轻柔、灵活、体积小、能量密度高的柔性储能器件成为研究的热点。以芳纶纳米纤维（aramid nanofiber，ANF）作为纤维增强柱撑材料，采用真空抽滤的方法制备MXene/ANF柔性自支撑电极，避免引入集流体和黏合剂等“死体积”，并将其组装成全固态对称超级电容器。随着ANF含量增加至15%（质量分数），MXene/ANF自支撑电极的拉伸断裂强度增加至151.5 MPa，而电导率降低至1371.1 S/cm，在1 A/g的电流密度下表现出432.7 F/g的高比电容。组装的柔性对称全固态超级电容器的能量密度为25.7 Wh/kg，对应的功率密度为523.1 W/kg，具有优异的柔韧性和长循环寿命（10000周次循环充放电后，电容保持率为88.9%）。
金属氧化物因其高容量、低成本、适于商业化、环保等特点而常被应用于超级电容器电极材料。以Mn-MOF为前驱体，将其置于乙醇中与Co（NO3）2进行离子交换和刻蚀反应，然后在空气中热处理，最后在碳布（carbon cloth，CC）基体上得到高度结晶的CoMn2O4二维纳米棒结构。对不同Co（NO3）2添加量下制备的CoMn2O4/CC和直接热处理得到的Mn2O3/CC进行SEM和XRD分析，并且通过循环伏安测试、恒电流充放电测试和交流阻抗测试等进行电化学性能测试。结果表明：0.3 g Co（NO3）2刻蚀后CoMn2O4/CC的母体结构相对保留良好，形成中空的纳米空心结构，热处理后在碳布上原位生长的垂直纳米棒结构均一密集地包裹碳纤维，由于无任何黏合剂的添加，确保较高的力学稳定性和导电性。在1.2 mA·cm-2的电流密度下，电极材料具有809.8 mF·cm-2的面积比电容；在5 mA·cm-2的电流密度下循环5000周次后电容保持率为79.1%，是具有潜在应用前景的一种电极材料。
通过设计聚合物分子结构，采用热引发自由基聚合方法合成聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯（PEGMEMA）和甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）的二嵌段共聚物电解质PEGMEMA m -GMA n -Br（PGA-Br），并研究其电化学性能。结果表明： 将PGA嵌段或接枝到聚合物电解质上，可提高聚合物电解质的离子电导率，室温下的离子电导率达1.05×10-4 S·cm-1。同时，PGA-Br嵌段共聚物电解质具有较低的玻璃化转变温度（-65 ℃）、较高的热分解温度、较宽的电化学稳定窗口（5.1 V）和阻燃特性。PGA-Br共聚物电解质组装下的固态Li|Li对称电池具有增强的电极/电解质固-固界面，可实现金属锂均匀沉积，有效抑制锂枝晶的生长。在0.1 C倍率下，基于 PGA-Br嵌段共聚物电解质组装的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2（NCM811）|PGA-Br|Li固态全电池可实现较高的首周放电比容量（160.1 mAh·g-1），且循环100周次后容量保持率高达91.5%，库仑效率稳定在98.5%以上。
新型高速航天飞行器的不断发展对耐高温、轻质、高效隔热材料提出了迫切需求，炭气凝胶因其纳米尺度孔隙和颗粒链结构，不仅具有传统气凝胶的低密度、高孔隙率、高比表面积及低热导率等优异的特性，还具有耐超高温（惰性气氛）、高红外比消光系数等优点，使其在作为隔热材料应用于超高温部位热防护具有显著优势。本文首先基于热传导理论，分别从气凝胶密度和微观结构（孔径、粒径）等方面阐述了炭气凝胶隔热性能的研究现状，然后综述了近年来国内外炭气凝胶隔热材料制备工艺及性能优化的研究进展，主要包括力学性能增强、耐烧蚀/抗氧化、低成本化及超轻超弹四个方面，并对各方面存在的优缺点进行了总结。最后提出低成本、高性能炭气凝胶隔热材料的后续研究方向，并对其在民用及其他特殊领域的发展应用进行展望。
光电催化技术通过电场协助光催化，能有效抑制光生载流子复合，提高有机污染物的去除率，具有简便、高效、易操作等优点。光电极材料是光电催化技术的关键，相较于其他传统催化剂，铋系半导体具有独特的层状结构和适宜的禁带宽度，对光的利用率更高。层状结构使铋系材料能在层内诱导内部电场，促进光生电子和空穴分离，加速载流子转移，提升光催化性能。本文介绍了一元铋系化合物、二元铋系化合物、卤氧化铋系化合物和含氧酸型铋系化合物的制备、表征及性能，简述了铋系材料作为光电极材料的优势。综述了其对有机污染物降解的研究，对铋系材料应用于光电催化进行废水处理进行了总结，新型催化剂的开发和如何推进建立催化剂全生命周期内对环境产生的影响评价体系是后续研究的重点方向。
阻尼合金作为一种能通过组织内部的缺陷运动使振动能转化为热能耗散的材料，兼具较高力学性能和一定功能特性，在航空航天、武器装备等领域的开发和研究具有重要意义。不同合金体系之间存在微观组织上的差异，即对阻尼起主导作用的缺陷种类不同，而组织缺陷的性质（种类、密度及可动性）是影响合金阻尼性能的关键因素。本文从组织缺陷（面缺陷、线缺陷和点缺陷）的角度出发，阐述了不同合金体系的阻尼源种类和性能特点，针对合金阻尼性能、力学性能以及功能特性（耐蚀性、铸造性能等）之间的关系综述了各类阻尼合金的发展现状，进而归纳出不同阻尼合金的发展规律和差异。最后，本文对阻尼合金的研究方向做出展望，由于合金阻尼源种类过于单一会严重限制减振性能的提升，而通过材料复合化及高熵合金化可实现合金中多种阻尼源的共存，产生多阻尼机制耦合效应，实现合金阻尼性能的二维扩展，改善合金力学性能及功能特性，为提升合金综合性能起到重要指导。
高模量碳纤维的惰性表面导致其与树脂基体之间薄弱的界面结合，限制高模量碳纤维复合材料在众多应用场景中性能的发挥。阳极氧化作为目前唯一可与碳纤维生产线并线运行的表面处理技术，常用的以碳酸氢铵为代表的碱性电解质在氧化高模碳纤维时效果有限，氧化性更强的酸性电解质体系下的阳极氧化机制缺乏系统研究。采用稀硫酸对模量为371 GPa的碳纤维进行电化学阳极氧化处理，系统研究电流密度、电解质浓度等关键要素对高模量碳纤维表面极性结构的影响规律，继而研究表面处理效果对碳纤维/环氧树脂复合材料界面剪切强度的影响规律，建立表面处理要素与复合材料界面性能的关联性。结果表明：处理后的碳纤维在保持原有表面形貌和石墨化结构的基础上，在碳纤维的无定型碳和芳香环状结构区域发生氧化反应，反应后纤维表观石墨化程度降低，表面能增大，表面含氧官能团含量增加。在当硫酸浓度为1.0%（质量分数）、电流密度为0.26 mA/cm2时，此时碳纤维的表面能最高，为57.7 mN/m，相比于未处理的碳纤维提高了62.08%，与环氧树脂的界面剪切强度达到80.9 MPa，相对于未处理对应的21.8 MPa提高了2.7倍，处理后碳纤维的单丝拉伸强度不受损。
碳纤维三向织物因其具有结构稳定、密度小和准各向同性特点，在空间展开装置具有良好应用前景。为研究碳纤维三向织物/热塑性聚氨酯（thermoplastic polyurethanes，TPU）柔性复合材料变形性能，通过热压法将TPU与碳纤维三向织物复合，结合金相显微镜与扫描电子显微镜进行观测，建立三向织物单胞模型，计算模型截面惯性矩，结果表明：纬向截面惯性矩大于经向的，三向织物纬纱方向更难变形；对碳纤维平纹织物与三向织物进行悬垂实验，结果表明：三向织物变形能力强于平纹织物，并且三向织物在悬垂时经向变形大于纬向，与模型截面惯性矩的计算结果一致；对碳纤维三向织物/TPU柔性复合材料在0°，15°和30°方向进行拉伸实验，分析3种角度不同应变阶段载荷曲线变化和极限载荷。
质量分数为7±1%氧化钇部分稳定氧化锆（7YSZ）是广泛应用的热障涂层陶瓷材料。然而，其在1200 ℃以上长期服役存在相稳定性差、烧结加剧和力学性能下降等弊端。因此，本工作提出新型Sc2O3-Y2O3协同掺杂ZrO2热障涂层陶瓷材料，采用固相合成法制备了摩尔分数为7.5%Sc2O3-x%Y2O3-（92.5-x）%ZrO2（x=0，0.1，0.2，0.3）陶瓷。通过X射线衍射仪（XRD）、场发射扫描电镜（SEM）等手段，重点探究Y2O3掺杂含量对高温固相合成陶瓷材料的微观组织结构演变行为以及维氏硬度、断裂韧性、弹性模量和三点抗弯强度等力学性能的影响规律。结果表明：Sc2O3-Y2O3复合掺杂ZrO2陶瓷材料经1450 ℃×3.5 h高温烧结的致密度大于97%，主要由四方相结构组成，该材料的维氏硬度、弹性模量、断裂韧性和三点抗弯强度与传统8YSZ相当，分别为13~14 GPa，211~214 GPa，6.5~7.0 MPa·m1/2，520~850 MPa之间；断裂机制主要为穿晶断裂和沿晶断裂的混合方式，其中以穿晶断裂为主导。Sc2O3-Y2O3复合掺杂ZrO2陶瓷可作为一种潜在的高温热障涂层陶瓷材料。
为了解决添加型阻燃水性聚氨酯稳定性差的问题，以脂肪族多异氰酸酯、聚醚多元醇和阻燃含磷多元醇为原材料，通过预聚体法合成一系列具有阻燃性能的水性聚氨酯。将该阻燃水性聚氨酯应用于超细纤维合成革贝斯（超纤贝斯）的含浸工艺中，探讨其对超纤贝斯力学、品质、阻燃、热分解性能的影响。结果表明，随着含磷阻燃多元醇含量的增加，燃烧速率从115.00 mm/min降低至60.79 mm/min，极限氧指数从21.00%提高到24.20%。然后在超纤贝斯表面喷涂不同浓度的磷氮阻燃剂，经过测试发现，超纤贝斯在燃烧过程中出现自熄现象，极限氧指数提升到27.00%。与未经阻燃整理的超纤贝斯相比，经过阻燃整理超纤贝斯的热释放速率峰值、总释放热分别降低了42.29%，20.01%。通过扫描电镜和拉曼光谱分析可得，经过阻燃整理的炭层石墨化程度提高，结构更为致密，表明阻燃剂利用凝聚相阻燃机理发挥重要作用。
采用钨极惰性气体保护（tungsten inert gas，TIG）焊获得了质量良好的大厚度Ti-6321钛合金焊接接头，对比热处理前后焊接接头熔融区、热影响区和母材区的微观组织变化，测试焊接接头的冲击性能、断裂韧度及拉伸性能，并与母材进行对比。结果表明：焊接接头熔融区退火前的组织由粗大β柱状晶组成，晶内为充分生长的针状马氏体α′相，热影响区为β基体和初生α相组成的等轴组织，β基体中析出针状马氏体α΄相；退火后，熔融区和热影响区β晶粒内部的马氏体α΄相完全转变为次生α相。Ti-6321钛合金焊接接头的冲击韧性，断裂韧度，抗拉强度及伸长率分别为80.3 J/cm2，113.00 MPa·m1/2，873 MPa和9%，为母材的104.7%，84.1%，100%和67.7%，相比母材断口，接头冲击断口具有更为粗糙的阶梯形貌表面以及微观尺寸更小的等轴韧窝，而韧性断口表面整体更加平坦，且疲劳裂纹扩展区更窄。
采用热力学计算与机器学习相结合的方法进行镍基高温合金面向热力学性能要求的逆向设计。结果表明：通过高通量热力学计算成功构建镍基高温合金热力学计算数据集，为采用机器学习方法实现面向热力学性能要求的镍基高温合金逆向设计提供数据基础。针对热力学目标性能建立若干C2P模型，模型精度均高于99%。采用MLDS方法进行合金成分逆向设计，推荐的8种合金均满足性能的要求（1100 ℃下的γ'相体积分数V γ'，1100 ℃≥60%，V γ，1100 ℃+V γ'，1100 ℃≥99%，γ'相熔点T γ′≥1300 ℃）。热力学性能预测误差最小的3种合金实验验证表明，V γ'，1100 ℃均大于80%，时效后的组织中V γ，1100 ℃+V γ'，1100 ℃≥99%，且T γ′≥1300 ℃，均满足设计的要求。
针对核电管道用Z2CND18.12N奥氏体不锈钢的低周疲劳损伤，研究电子背散射衍射（electron backscattered diffraction，EBSD）采集与后处理参数对局域取向差（local misorientation，M L）的影响，基于优选参数探讨特征取向晶粒的损伤规律。结果表明：测试步长、取向差平均范围（filter）及像素合并参数（binning）均影响M L测试结果，综合考虑晶粒尺寸、测试精度和效率等因素，优选确定binning 2×2，filter 11×11，测试步长为2 μm或5 μm。选取损伤程度不同的两个区域，〈111〉取向晶粒ΔM L的峰值和平均值变化均高于〈101〉和〈001〉取向，〈101〉取向ΔM L数值最小；同时，M L在小晶粒特别是晶界及交汇处数值较大。结合晶粒尺寸、晶界对变形分布的不均匀性进行了讨论。结果证实M L可以有效评价Z2CND18.12N钢的变形损伤，为发展基于多物理参量的材料以及结构损伤评价技术提供了参考和借鉴。
采用真空电弧熔炼＋吸铸制备Ti50-0.5 x Ni50-0.5 x Zr x 系列合金。金相观察和拉伸力学性能测试表明，添加微量的Zr可有效减小晶粒尺寸而呈现更高的抗拉强度和断后伸长率，过高的Zr含量易导致脆性金属间化合物Zr2Ni的生成而降低力学性能。对Ti49.9Ni49.9Zr0.2合金进行多道次冷轧形变和退火处理，结果表明：Ti49.9Ni49.9Zr0.2合金的抗拉强度σ b及断后伸长率δ均随冷轧退火道次的增加而提高，经过四道次的冷轧变形后，二者分别由未经轧制的561 MPa，11.14%提高到768 MPa，35.1%。SEM和TEM微观观察表明，冷轧过程中沿晶分布的硬质Ti2Ni颗粒被剪切、破碎、细化，呈不连续分布。700 ℃退火处理后，形变组织发生回复再结晶，出现纳米晶和非晶区，且随冷轧形变的增加，基体中可见大量的板条状纳米孪晶组织和高密度位错。
采用固体粉末扩散渗方法在TC4合金表面制备了Zr-Y改性的渗硅涂层，研究了渗层的组织结构、高温摩擦磨损性能及磨损机制。结果表明：Zr-Y改性渗硅涂层具有多层梯度结构，外层由TiSi2和少量ZrSi2组成，较薄的中间层为TiSi相，内层为Ti5Si4和Ti5Si3的混合物。涂层的显微硬度明显高于TC4合金基体，且由表及内呈梯度降低趋势。高温摩擦磨损实验（600 ℃）结果表明，Zr-Y改性渗硅涂层具有优良的摩擦磨损防护性能。与GCr15对磨时的磨损率约为3.59×10-5 mm3/（N·m），是相同条件下TC4合金磨损率的36.6%，磨损机制主要为GCr15在涂层表面的擦涂和氧化磨损。与Al2O3球对磨时的磨损率为9.75×10-5 mm3/（N·m），是相同条件下TC4合金磨损率的18.9%，磨损机制为疲劳磨损、氧化磨损和黏着磨损。
采用动电位极化曲线和电化学阻抗谱测试并结合XPS测试和SEM/EDS微观表征，通过自制的冲刷腐蚀实验装置研究了两种B10铜镍合金在不同流速和不同时间下的冲刷腐蚀行为，比较了两种铜镍合金在不同冲刷条件下的腐蚀差异。结果表明，两种铜镍合金的腐蚀速率随时间的变化规律相似，在不同的流速下冲刷2 h后腐蚀速率较高，冲刷8 h后腐蚀速率较低。在低于4 m/s的流速冲刷不同时间后，A合金的耐蚀性整体上高于B合金的耐蚀性；当流速高于3 m/s且较长时间冲刷后，B合金的耐蚀性更好。这与钝化膜中Ni，Fe的化学态无关而与晶粒尺寸和孪晶数量以及Ni，Fe元素的富集有关。长时间高流速冲刷会促进钝化膜中Ni和Fe元素的富集，有利于增强钝化膜的耐蚀性。
海洋环境对碳纤维增强树脂复合材料（CFRP）-钢板的黏结性能有着严重影响。为评估CFRP-钢板黏结界面在海洋环境腐蚀下的黏结强度，采用双搭接接头，开展了5种不同黏结长度试件在NaCl溶液中腐蚀7~21天的实验研究。使用数字图像相关技术（DIC）对CFRP的轴向应变分布进行监测，同时使用扫描电子显微镜（SEM）和能谱仪（EDS）观测CFRP表面微观信息及元素含量的变化。结果表明，随着腐蚀周期的增加，CFRP表面的Na+， Cl-元素含量逐渐增加，引起电荷补偿，电解液渗入界面导致自由体积膨胀，从而造成界面黏结强度下降。腐蚀后的试件均发生CFRP-胶层的界面失效，不同黏结长度试件的极限荷载均随腐蚀周期的增加而降低。腐蚀7~14天后，黏结界面的延展性降低；腐蚀21天后界面软化段消失，呈现出明显的脆性破坏特征。基于Fickian理论以及黏结滑移本构参数，建立了CFRP-钢板的有限元模型，分别模拟了海水在黏结界面间的扩散特征及界面Ⅱ型剥离过程，数值结果和实验结果吻合较好。
