基于热电器件全参数设计模型，设计并制备了具有不同拓扑结构的填充方钴矿器件，通过器件仿真模拟结果与实验数据的比对和分析，解析器件结构、界面、连接工艺等对器件输出性能的影响并建立其定量关系；使用批量合成的n型Yb_0.3Co₄Sb₁₂和p型CeFe_3.85Mn_0.65Sb₁₂填充方钴矿材料制备的单级器件最大转换效率达到9.8%，输出功率密度达1.42 W/cm²。

报道了一种采用同轴静电纺丝法制备的表面增强Raman散射（SERS）活性衬底，用于微量环境污染物的快速检测。采用醋酸纤维素（CA）/丙酮-二甲基乙酰胺溶液作为前驱液分散银纳米立方体，利用丙酮促进银颗粒适度团聚，采用同轴静电纺丝法制备了大面积银立方体/CA纳米纤维。由于团聚态银纳米立方体之间的等离子体耦合作用，复合薄膜具有优异的SERS活性，是单分散态的银立方体/CA纳米纤维SERS灵敏度的4倍，实现了0.1 nmol/L的对巯基苯胺以及10 nmol/L的甲基对硫磷农药的SERS检测，SERS信号强度偏差小于12%。

介绍了硫族类金刚石体系、ABX₂型类金刚石体系和Cu₂Se热电材料中的亚晶格导电通道的基本特征。同时，利用近年来本组发展的高通量筛选手段和电热输运计算方法，对于类金刚石结构体系进行了新体系热电性能的预测，得到了ZT>1.0的新型热电材料。大数据方法的运用也进一步揭示了类金刚石结构体系中普遍存在的亚晶格导电通道。

为发展高性能结构功能一体化的新型陶瓷装甲防护材料，采用流延法结合热压烧结法制备了不同结构设计的层状SiC/BN陶瓷，研究了材料的烧结特性、显微结构、力学性能及抗冲击性能。结果表明：层状结构设计可以实现陶瓷材料的强韧化效果，其失效模式为非脆性断裂，保持结构完整性的能力明显提升；弯曲强度410 MPa，断裂韧性7.6 MPa·m^1/2。打靶结果表明层状结构具有较好的动态吸能效果与保持结构完整性的能力，可以抵抗多发弹丸冲击：凹陷深度为7.5 mm，破碎锥直径40 mm，动态损伤以环向为主，综合防护能力得到明显提升。

采用提拉法生长了不同掺杂浓度（5%~30%，摩尔分数，下同）的Yb：YCa₄O（BO₃）₃（Yb：YCOB）激光自倍频晶体，研究了系列晶体的结构与掺杂浓度之间的关系，加工了最大有效非线性系数方向的自倍频晶体并实现微片结构器件设计。利用强电—声子耦合作用，在掺杂浓度为30%、晶体长度为4 mm的Yb：YCOB晶体中获得了最高功率为1.71 W的黄光激光输出，转换效率为11.97%，并通过设计镀膜条件将波长稳定在570 nm。结果表明，Yb：YCOB自倍频晶体可填补可实用黄光激光光源空白。

实现室温超导是超导研究的终极目标。最近科学家在高压下富氢材料中发现了系列高温超导体，特别是首先被理论预测随后被实验证实的新型硫氢化物H₃S和镧系氢化物LaH₁₀，它们的超导转变温度均超过200 K。富氢材料已经被认为是室温超导体的最佳候选体系，成为物理、材料、超导等多学科的研究热点。综述了本课题组在此领域的主要成果，包括：在高压下成功制备了多种新型的笼状结构超氢化物PrH₉和NdH₉，确定了它们的超导转变温度（T_c），首次发现了具有强磁功能特性的NdH₉，其磁性抑制了超导电性；设计了新型笼状超氢化物CaH₉，其高压下的理论T_c达到了266 K；实验和理论紧密结合，在温和压力条件下合成了超导锆氢化合物ZrH₃和Zr₄H₁₅；进一步将二元氢化物拓展到三元氢化物，设计了T_c超过60 K的MgXH₆（X=Si，Ge）。

随着锂离子电池的迅速发展和锂资源的短缺，钠离子电池（SIBs）由于其丰富的钠资源和与锂相似的物理化学性质，被认为是最有希望大规模应用的电化学储能装置之一。结合目前钠离子电池高性能低成本正负极材料方面的研究工作，介绍近年来一些典型的正极、负极材料的最新研究进展。

热电材料作为新型的清洁能源材料，在固态制冷和余/废热回收等领域有着广泛的应用前景。随着研究的逐步深入，热电化合物从简单的一元和二元组分的晶态体系逐渐转向多元复杂体系。多元类金刚石化合物以及具有明显亚晶格特征和层级化学键的化合物及其衍生物，在原子尺度上表现出复杂的晶态-非晶态共存行为，并产生了新颖的输运效应，这些都为电-热输运新效应和热电材料新体系探索提供了广阔的空间。综述了近年来在亚晶格工程思路下新型“半晶态”热电化合物的结构设计、热电性能调控以及亚晶格尺度上微结构精细表征方面的研究进展，并讨论了晶态-半晶态亚晶格结构与化合物热电性能的关系。

金属-有机框架材料是一种由金属离子或金属簇与有机桥联配体通过配位作用组装形成的新型无机-有机复合多孔材料。无机、有机组分在分子水平的复合使得框架材料能够兼具无机和有机基元各自的特点和性能并产生协同作用，有序微孔则为组装客体分子实现光子学性能的调控甚至新光子功能的出现提供了可能。金属-有机框架材料在发光和非线性光学等光子学领域的应用正受到越来越多的关注。本文系统总结了国家自然科学基金重点项目“有序微孔材料的光子功能构筑基础研究”的最新成果，包括金属-有机框架材料的设计思路和可控制备方法，以及有机染料、钙钛矿量子点在有序微孔金属-有机框架材料中的组装，并对今后的发展方向和应用前景作了展望。

研究了不同水胶比和玄武岩骨料掺量对超高性能混凝土（UHPC）受压力学性能的影响。结果表明：抗压强度随水胶比的增加表现出先增大后减小的趋势，而弹性模量呈持续减小趋势，当水胶比为0.16时，UHPC的抗压强度较佳；掺入粗骨料对UHPC的抗压强度和弹性模量均有较大影响，随着骨料掺量的增加，抗压强度呈现先增加后减小的趋势，弹性模量则持续增大。建立了考虑粗骨料参数的UHPC弹性模量半经验计算公式，并采用已有文献数据对半经验公式进行验证。

通过5种几何尺寸、3个强度等级和4种钢纤维掺量的超高性能混凝土（UHPC）立方体试件的抗压试验，研究了强度等级和钢纤维体积掺量等对UHPC立方体抗压强度及尺寸效应的影响，结果表明：UHPC立方体试件抗压强度的尺寸效应随强度等级的增加而趋于明显，R160级UHPC基体抗压强度尺寸效应度约为R120级UHPC基体的1.72倍。钢纤维掺量对UHPC抗压强度尺寸效应有较大影响，掺入3%钢纤维UHPC立方体试件抗压强度尺寸效应度比未掺加钢纤维的试件提高了46%。提出了UHPC立方体抗压强度尺寸换算系数建议值，建立了UHPC抗压强度尺寸效应律中参数的计算公式，可用于UHPC立方体抗压强度的分析计算。

采用数字图像相关法（DIC）测试了C50混凝土在73%，55%和40%相对湿度环境下干燥1 d至60 d的非均匀变形。结合混凝土材料细观损伤模型，计算了混凝土内部的等效拉应变（ɛ̃），用于获得混凝土内部损伤的分布特征，发现包裹粗骨料的砂浆拉应变较大，容易造成损伤，产生微裂缝。根据ɛ̃的大小和分布计算了混凝土内部损伤因子（Dɛ̃），用于量化混凝土内部损伤，发现混凝土在55%和40%相对湿度环境下干燥60 d的Dɛ̃分别增加至101 μm/m和135 μm/m，相对较高，说明55%及以下相对湿度环境容易对混凝土内部造成损伤，产生微裂缝。

分析了使用同轴双圆柱流变仪测试Bingham流体流变参数（屈服应力和塑性黏度）时，非剪切区对转速-扭矩曲线的非线性和连续性的影响，以及非剪切区对Bingham流体剪切应变速率的影响。对使用转速-扭矩曲线的线性段来获取Bingham流体流变参数的可行性进行了分析，提出了使用同轴双圆柱流变仪，在考虑非剪切区存在与否的情况下，利用剪切应力-剪切应变速率曲线获取Bingham流体流变参数的方法。同时，提出了剪切应力-剪切应变速率计算过程中的去噪声方法，实现了剪切应力-剪切应变速率曲线的高精度获取。

为揭示水泥基材料低温冻融孔结构损伤的演变规律，以饱水白水泥砂浆为研究对象，利用低场磁共振技术测试了砂浆试件在连续冻融循环作用下的孔结构。设计了20℃常规养护和80℃高温养护制度以改变砂浆的初始孔隙结构，随后对这两种相同配比、不同孔结构的砂浆进行快速和慢速冻融循环试验。结果表明：80℃高温养护会显著降低砂浆抗冻性，增大凝胶孔并提高粗毛细孔体积分数，但不会显著改变介观毛细孔的分布强度；与高温养护作用相反，冻融循环作用不会改变凝胶孔和粗毛细孔的分布强度，但能显著提高微裂纹的分布强度；80℃高温养护砂浆在冻融作用下的微裂纹体积增长速率显著高于20℃常规养护砂浆；冻融速率不会显著影响砂浆的孔径分布变化规律；砂浆内部微裂纹体积增大和质量损失增加呈双线性关系。砂浆内部冻融破坏和外部剥落均主要源自于微裂纹的产生和发展，与凝胶孔和粗毛细孔无明显相关性。

建立了浮法工艺玻璃成形过程的玻璃带三维（3D）与Thin-Film模型，采用Ansys Polyflow软件对600 t/d锡槽内玻璃带成形过程进行了模拟研究，与3D模拟结果对比表明，Thin-Film模型可准确、高效地模拟玻璃带成形过程。根据玻璃带成形过程模拟结果，讨论了锡槽不同区域内玻璃带的成形状态，进一步模拟分析了玻璃带纵向与横向温度分布条件对不同厚度玻璃成形过程的影响，得到了4mm与10 mm浮法玻璃成形过程的较优成形温度条件。

为分析界面过渡区对混凝土徐变性能的影响，运用Laplace变换原理，建立了考虑界面过渡区黏弹性的混凝土徐变模型，将该模型与不考虑界面过渡区的混凝土徐变预测模型进行对比和实验验证。结果表明：考虑界面过渡区的混凝土徐变模型与实验数据吻合较好，该模型能够反映界面过渡区在混凝土徐变中的作用，加载龄期为365 d时，界面过渡区使粉煤灰掺量为0、30%、60%的混凝土徐变度分别提高了45.7%、25.1%、66.7%。根据该模型，分析了不同加载龄期时3种粉煤灰掺量的界面过渡区对混凝土徐变贡献度。掺加粉煤灰的界面过渡区在早期对混凝土徐变贡献度高于不掺的基准组，后期基准组的界面过渡区对混凝土徐变贡献度不断增加，这是由于界面过渡区在荷载作用下不断弱化导致。而掺加粉煤灰的2组，随加载龄期的增长，粉煤灰二次水化反应使界面过渡区不断增强，界面过渡区对混凝土徐变贡献度不断降低。通过分析界面过渡区参数对混凝土徐变的影响发现，当界面过渡区弹性常数0.000 1<E_itz<0.01，黏性系数0.1<η_itz<10时，可以较好地描述不同界面过渡区的混凝土徐变。

水泥基复合材料因其固有的脆性和较低的抗拉强度，在工程结构中不可避免会发生开裂。胶囊法自修复系统为水泥基材料基体开裂的修复和延缓潜在危害提供了一种可行的方法。借助扩展有限元方法，模拟了微胶囊自修复水泥基模型材料内微裂缝的产生、扩展、断裂过程及胶囊破裂行为，验证了裂缝迫使胶囊发生破裂的概率；应用复合材料理论，计算出了不同掺量下球形/球柱形微胶囊修复前后水泥基复合材料的有效弹性模量，表征了该复合材料的修复效率。

利用葡萄糖水解原位产生的乙酰丙酸对HZSM-5分子筛进行改性，通过X射线衍射、X射线荧光分析、N₂吸附-脱附、扫描电子显微镜、NH₃-TPD、Py-Fourier透射红外光谱、热分析等手段对催化剂进行表征，在固定床微型反应器上评价催化性能。结果表明：改性后的HZSM-5在保留完整晶相结构的基础上产生了微孔-介孔结构，酸量和酸强度降低，B酸/L酸值增加，这些变化有利于提高催化剂的寿命、油相收率和苯、甲苯及二甲苯（BTX）的总选择性。在反应温度410℃、反应压力0.1 MPa、质量空速（WHSV） 2.2 h^-1的条件下，催化剂寿命达到174 h，油相收率达到23.84%，BTX总选择性达到61.39%。与相同条件下未改性的催化剂相比分别提高了144 h、7.29%和3.42%。

通过强度测试、水化热实验、热重分析、毛细吸水实验以及压汞实验研究了内掺硅烷乳液憎水剂对混凝土强度以及毛细吸水性能的影响规律及其机理。结果表明：高掺量硅烷乳液一定程度上抑制水泥水化，从而导致混凝土早龄期抗压强度和劈裂抗拉强度下降以及28 d养护后水泥净浆试块中毛细孔的体积增大。毛细吸水实验表明：28 d龄期混凝土毛细吸水过程的初始吸水速率、二次吸水速率以及总吸水量因硅烷乳液的引入而显著降低；硅烷乳液通过与水泥水化产物反应在毛细孔孔壁形成一层烷基疏水层，使混凝土毛细孔壁性质由亲水性转变为憎水性，进而显著降低混凝土的吸水速率和总吸水率；高水灰比混凝土的毛细孔体积较大，因此硅烷乳液对其影响更为明显。

以预湿轻集料、硅酸盐水泥、硅灰、粉煤灰微珠、钢纤维、膨胀剂等为原材料，采用轻质、超高强度与低收缩协同设计方法制备了一种轻质超高性能混凝土材料，并研究其性能的主要影响因素和形成机理。结果表明：制备的轻质超高性能混凝土可实现自流平、干表观密度低至2 040 kg/m³、28 d抗压/抗折强度可达120/18 MPa、弯曲韧性指数I₂₀可至21.8、56 d收缩率低至2.62×10^-4；其性能的形成主要源于粉煤灰微珠的滚珠效应、轻集料的轻质多孔效应、预湿轻集料的内养护与拱壳效应，以及预湿轻集料内养护与膨胀剂的叠加效应。

为研究高温煅烧法制备的含钾硅酸盐肥料在酸性条件下的溶解行为，选择盐酸与柠檬酸作为浸提液，在室温下研究营养元素溶出与矿物组成的变化，探讨硅酸盐肥料包含矿物遇酸发生的化学反应。结果表明：浸提液pH值越低，元素溶出越多；pH值为2.1的柠檬酸的溶解作用强于pH值为2.1的盐酸。pH值为0.3的盐酸对硅酸盐肥料矿物的溶解率最高，滤渣中仅检测到了白榴石的衍射峰。钾霞石和钙铝黄长石两种矿物遇酸反应后生成的高岭石、三水铝石进一步遇酸反应是铝溶出的直接原因。

泡沫混凝土是近年来广泛研究和应用的高性能结构保温材料，不仅轻质，而且具有保温、耐火、隔音等优异性能。泡沫混凝土的性能参数众多，但其主要性能是抗压强度和导热系数。泡沫混凝土的抗压强度随密度增大而增大，导热性能随着密度的增大而降低，因此，抗压强度和导热系数的矛盾为泡沫混凝土的大规模推广应用造成不利影响。考虑密度、孔隙率、发泡剂、掺合料、水灰比等因素，从宏观规律和微观结构角度，综述泡沫混凝土抗压强度和导热系数变化；在此基础上，对轻质泡沫混凝土和保温结构一体化混凝土应用现状进行介绍，总结轻质泡沫混凝土塌模、保温结构不兼容、耐久性差等问题解决方案，指出现有研究的不足，为未来研究和应用提供方向与思路。

将适量碳纳米管加入水泥基材料，可使其拥有独特的导电特性，进而实现水泥基材料结构的自感知和智能化。碳纳米管水泥基复合材料的导电特性受到物理场和材料组分等因素的影响和制约，但现有研究对此问题的关注和深度不够。综述了碳纳米管水泥基复合材料导电特性影响因素的研究现状，针对复合材料的电阻率和电流等电学指标，分析了物理场影响复合材料导电特性的机制，讨论了材料组分对碳纳米管水泥基复合材料导电机理的影响，提出了有待进一步研究的问题，展望了碳纳米管水泥基复合材料导电特性的未来研究发展趋势。

外加剂在需求日益增加的混凝土工程中发挥着重要作用，其在混凝土中的释放行为对其作用效果有着十分重要的影响。随着控制释放技术的引入，外加剂的作用效率得到提高，过早释放所带来的不利影响得以减轻，从而更有利于混凝土质量的控制。综述了混凝土外加剂的控制释放技术，介绍了控制释放技术的概念和分类，混凝土外加剂领域内的控制释放技术现状，重点阐述了基于被动响应和主动响应的不同混凝土外加剂控释机制。

混凝土裂缝会影响建筑美观并破坏其结构安全性，一种新型混凝土微生物自修复材料可利用生物矿化菌特有的矿化代谢机制智能化修复混凝土裂缝，实现混凝土材料的自感知与自愈合，弥补传统混凝土的裂缝修复效果差、修复成本高、修复环保压力大等缺点。针对这一环境友好型材料，运用CiteSpace和知识图谱技术对国内外近十年来研究进展进行文献计量分析，讨论其发展脉络、总体演变态势与前沿热点。最后结合系列应用成果，对混凝土微生物自修复材料的进一步发展提出了建议。