采用化学试剂制备了MgO掺量为6%的高镁硅酸盐水泥熟料，利用X射线衍射结合Rietveld、岩相分析和扫描电镜等方法，研究了随炉慢冷、风冷和液氮淬冷等3种冷却方式对铝率（IM）分别为0.64、1.10和3.00的3种高镁硅酸盐熟料的矿物组成、C₃S晶型、MgO固溶、方镁石形成及形貌等的影响。结果表明：淬冷方式有助于稳定M3型C₃S的存在，阻止C₃S向T3晶型转变，并且这和IM变化没有明显联系。在低IM慢冷和高IM淬冷的熟料中，C₃S含量均相对较高。冷却速率高可以抑制方镁石析晶。这种抑制效果在低IM熟料中显得更为明显。熟料淬冷能使C₃S晶体形貌保持完整，同时方镁石晶体则呈现细小的圆粒状。

为了获得稳定分散的水化硅酸钙（C-S-H）晶核，提高其对水泥水化的晶核诱导效应，实现水泥熟料的高效利用，采用自由基聚合制备出了结构中含有不同比例丙烯酸（AA）和硅烷基团（KH570）的聚羧酸分散剂（PCE），通过溶液沉淀法合成了相应C-S-H/PCE晶核。分别测试了C-S-H/PCE晶核粒径分布、稳定性、晶核界面结合方式。结果表明，硅烷减水剂显著增加了C-S-H/PCE晶核的稳定性。在PCE分子结构中引入适当比例的KH570能有效调控C-S-H/PCE晶核粒径，随着KH570比例的增加，PCE在C-S-H表面的吸附方式由Ca²⁺络合向更加稳定的Si—O—Si化学键合方式转变，C-S-H/PCE晶核粒径先减小后增大。当KH570：AA比例为1时，PCE在C-S-H表面的吸附层厚度最大（2.5 nm），制备的C-S-H/PCE晶核粒径最小（60 nm）和稳定性最佳，继续增加KH570比例，PCE在碱性条件下发生PCE分子内脱水缩合过程，形成网状的硅树脂结构，对C-S-H/PCE晶核粒径调控不利。

氯氧镁水泥（MOC）具有质轻早强、导热系数低、耐火等优势，但耐水性差限制了其在土木、建筑等工程的应用。为了提高MOC耐水性，以含不同金属阳离子的可溶性硫酸盐作为改性剂，分析了可溶性金属阳离子对MOC凝结时间、抗压强度和耐水性的影响，探究了被改性后的MOC相组成、微观形貌和孔结构的变化规律。结果表明：Al³⁺、Fe²⁺、Cu²⁺与MOC料浆中的游离OH^-可优先形成沉淀，这抑制了Mg（OH）₂的形成，延缓MgO水化，延长了凝结时间，降低了MOC基体的总孔隙率，提高MOC的耐水性。其中，对MOC耐水性的改善效果从高到低依次为：Fe²⁺，Cu²⁺，Al³⁺，Na²⁺。此外，SO₄^2-可通过与5Mg（OH）₂·MgCl₂·8H₂O中Mg²⁺的吸附配位作用提高5Mg（OH）₂·MgCl₂·8H₂O在水中的稳定性。

研究了-10 ℃条件下氯化钙冷溶液拌合冷硫铝酸盐水泥所获得浆体的凝结硬化及试样的强度发展、物相组成、显微结构和氯离子含量。结果表明：分别采用16%（质量分数）、28%氯化钙冷溶液拌合的浆体存在明显而持续的水化温升过程，证实了该条件下水泥水化的启动与持续进行；提高溶液浓度，浆体达到水化温升最高温度对应的时间延长，从16%时约90 min延长至28%时约150 min。采用16%氯化钙冷溶液拌合，浆体凝结硬化快、试样抗压强度高（初凝和终凝时间分别为15 min和24 min，1 d和28 d抗压强度分别为41.0 MPa和85.2 MPa）；而采用28%氯化钙冷溶液拌合，浆体凝结硬化慢、试样抗压强度低（初凝和终凝时间分别为85 min和155 min，1 d和28 d抗压强度分别为24.3 MPa和57.7 MPa）。溶液浓度16%时，水化产物主要为钙矾石，以针棒状晶体存在，试样中结合氯离子含量极低；而溶液浓度28%时，水化产物主要为F盐，以花瓣形六方板状晶体存在，试样中含有0.95%左右结合氯离子。-10 ℃条件下采用同处于负温环境的氯化钙冷溶液拌合冷硫铝酸盐水泥可实现冷物料拌合，防止浆体结冰，保证水泥持续水化，其中16%~20%氯化钙溶液拌合时可以获得较短凝结时间和较高强度。

为提升粗骨料超高性能混凝土（CA-UHPC）的流变与物相稳定性能，研究了硅灰、粗骨料和纤维用量对CA-UHPC流变性能的影响规律；建立了流变参数、纤维、骨料分布间的关系。结果表明：CA-UHPC呈剪切变稀行为，Modified bingham模型具有更准确的流变参数拟合结果，测试流动度宜控制在450~690 mm。增加硅灰用量，屈服应力增大而黏度减小，剪切变稀现象弱化；增加粗骨料用量，屈服应力和黏度先降低后增加，剪切变稀现象加剧；增加钢纤维掺量，屈服应力和黏度均增加，并加剧了剪切变稀现象。硬化后试件从上至下，纤维分布减少，而骨料分布增多。粗骨料的整体均匀分散程度随骨料用量的增加而提升，但纤维会劣化粗骨料的均匀分散程度，且随纤维掺量增加，纤维和粗骨料均匀分布程度先升高后降低。

为探究方镁石在熟料铝相中的赋存状态，揭示水化反应机制，合成了不同MgO含量的铝酸盐，采用扫描电子显微镜，X射线衍射，红外光谱等，研究了MgO对合成铝酸盐的形成和水化性质的影响。结果表明：提高煅烧温度，增加MgO含量有助于C₄AF和C₁₂F₇的形成和稳定；含镁铝酸盐熔体发生分相现象，黑色相主要由C₃A和MgO组成，玻璃体和黄色相中的MgO含量较低，形成了Ca₂₀Al₂₆Mg₃Si₃O₆₈和Ca₇MgAl₁₀O₂₃等含镁化合物；MgO掺杂降低了铝酸盐相的水化速率；随着MgO含量增加，铝酸盐相1 d的水化热降低。MgO掺杂的铝酸盐水化产物中存在Mg∶Al摩尔比约为2或3的镁铝双金属氢氧化物。

结合裂缝特征、拉伸性能及吸水性能多层面评价不同开裂龄期（3、7、14 d和28 d）对超高韧性纯粉煤灰基地聚合物（FA-EGC）自愈合性能的影响，同时采用红外光谱、X射线衍射、扫描电镜-能谱分析对FA-EGC裂缝自愈合产物组成及形貌进行了研究。结果表明：开裂龄期为7 d的FA-EGC试样的自愈合效果最好，其裂缝宽度减小幅度最大、极限强度恢复效果较好、平均吸水率下降得最多，经过28 d自愈合后，裂缝宽度从42 μm减小至15 μm，平均吸水率下降了29.5%。FA-EGC的自愈合产物为持续的地聚合反应生成的地聚合物凝胶以及CaCO₃。

为了揭示干湿界面状态下混凝土与环氧胶泥黏结损伤演化机理，采用轴拉试验研究了环氧胶泥-混凝土复合体的黏结强度，并通过声发射技术获得了复合体拉伸过程中振铃计数、b值以及声发射源空间位置，分析了复合体黏结损伤的空间演化过程。通过数字图像相关法获得了干湿界面状态下复合体断裂表面的应变和位移损伤演变特征。结果表明：干燥界面下黏结强度相比潮湿界面下高约60%。潮湿界面下混凝土-环氧胶泥的声发射源空间位置集中在界面处，并在界面处形成1条规则的应变集中带，表现出界面破坏特征；而干燥界面下混凝土内部出现大量的声发射源，断裂面存在多条不规则的应变集中带，整体表现为混凝土基体破坏模式。

针对盾构壁后注浆浆体（浆体）须具有较短凝结时间并保持良好流动性的难题，以快硬硫铝酸盐水泥（R·SAC）和三乙醇胺（TEA）为外加速凝材料，分析两者对浆体性能影响规律及微观机制。结果表明，随R·SAC替换P.O水泥至50%，浆体凝结时间从9.5 h降低至2.0 h，但150 min流动度损失约50%；TEA以0.6%掺量为拐点，浆体凝结时间和流动度均先增大后减小；复掺情况下，两者对浆体水化具有协同作用，起始期快速水化，凝结时间缩短，TEA解絮作用提高了浆体流动性，减缓流动度经时损失；复掺15% R·SAC和0.05% TEA，可制备出凝结时间6 h、150 min流动度250 mm的快凝高流动性浆体。

为探究冲击荷载下纤维对海水珊瑚骨料混凝土（SCAC）的增强增韧效果，采用ϕ75 mm分离式Hopkinson压杆测试了单掺聚乙烯醇（PVA）纤维或混杂PVA-钢纤维SCAC在不同应变率下的动态力学响应，利用ANSYS/LS-DYNA模拟其冲击性能及破坏形态特征。结果表明，掺加纤维可改善SCAC的脆化程度和动态力学性能；混杂纤维对SCAC应变率敏感性和动态强度增长因子的提升效果优于单掺PVA纤维；SCAC的破坏程度随PVA纤维掺量增加逐步改善，而混杂纤维SCAC在各应变率下的完整性则更好；模拟所得试块失效单元数在掺入纤维后显著减少，模拟结果反映出各纤维掺量SCAC的动态力学行为与破坏程度。

锡基氧化物及其合金具有制备简单和理论比容量高等优点，是一种有前途的钠离子电池负极材料。然而，锡基氧化物及其合金在循环过程中会发生颗粒团聚及体积形变，导致电极粉化、容量衰减和倍率性能差等问题。在此，本工作采用氯化钠模板法合成了Bi/SnO_x颗粒锚定在超薄碳层上的复合材料（Bi/SnO_x@C），构筑了一种均匀的Bi/SnO_x@C异质结构。其中，超薄碳层可以有效抑制Bi/SnO_x复合颗粒的团聚并增加电极材料比表面积，提供更多活性位点，同时Bi/SnO_x也能够贡献更多的比容量。超薄碳层与Bi/SnO_x复合颗粒的协同作用可以有效提高电极材料循环稳定性，对于构筑高性能电极材料具有重要意义。

开发具有优异电化学性能的阴极材料对混合超级电容器的应用至关重要。通过沉淀法成功合成了NiC₂O₄·2H₂O阴极材料，并对其微观结构、形貌及其电化学性能进行研究。结果表明：NiC₂O₄·2H₂O呈现出尺寸约0.5~2.0 μm独特多面体颗粒结构，且每个颗粒由多晶所组成的，在1 A/g的电流密度下可实现1 096.2 F/g的高比容量。组装后的草酸镍//活性炭混合超级电容器在3.7 kW/kg的高功率密度下，仍保持10.2 Wh/kg的能量密度。将两个混合器件串联可以点亮绿色和黄色发光二极管。NiC₂O₄·2H₂O作为一种新型、成本低廉、环境友好型阴极材料在电化学储能中具有潜在的应用前景。

工业烟气一氧化碳（CO）的催化净化对高活性耐久结构型催化剂的需求日渐迫切。将多元金属氧化物催化剂涂覆到堇青石蜂窝载体上制得了一系列结构型催化剂。结果表明，硅溶胶与热风吹动干燥可促进粉末催化剂均匀致密平铺在载体表面，提高了结构型催化剂的抗脱落性能与催化性能，优选催化剂超声60 min后的涂层脱落率为0.97%；在7 500 h^-1空速、1% CO、8%水蒸气含量、110 ℃可达到99% CO催化效率，并在72 h内保持稳定；在实际烧结烟气条件下，720 h后CO催化效率可稳定在86%以上。

闪烁体是X射线成像技术中的核心器件，它能将吸收的高能射线（X射线或其他高能带电粒子）转化为可见光，已被广泛应用于医疗诊断、辐射剂量测定和安全检查等领域。目前大多数的商用闪烁体为单晶或薄膜材料，不仅制备工艺复杂、生长周期长、成本高，并且辐照稳定性差，成像效果不佳。通过在透明玻璃基体内原位析出ZnS量子点，探索ZnS量子点微晶玻璃（GC）作为一种成本低、耐候性强的闪烁体在X射线间接成像领域的应用。实验结果表明，在X射线辐照下ZnS GC的发射峰位于518 nm，并利用X成像系统对鱼骨骼和芯片进行成像，由于ZnS量子点在玻璃基体中的均匀分布，结果显示图像轮廓清晰、物体内部结构分明，并且成像分辨率达到18.0 lp/mm。此外，在累积剂量高达288 J/kg的情况下，损坏的ZnS GC闪烁体可通过简单的热处理完全恢复成像性能。ZnS GC作为闪烁体在高分辨X射线成像领域表现出广泛的应用前景。

相变储能材料应用于建筑保温领域，以实现温度峰值荷载转移、降低建筑能耗的目的。制备了高度分散的二维蒙脱石纳米片，利用其孔（空）腔表面吸附作用包覆封装储能材料-石蜡形成了薄壳结构。研究了石蜡浓度和十六烷基三甲基溴化铵浓度等对蒙脱石纳米片及其包覆封装效果的影响规律。分析了相变储能复合材料的热存储性能。将相变储能复合材料应用到建筑保温板中，通过对相变储能保温板的力学性能和储热调温性能的测试，表明二维蒙脱石纳米片/石蜡复合相变材料能够在保持保温板力学性能的同时，有效提升其热阻，并能延迟峰值温度的出现，提升了室内居住环境的舒适性。这对新型建筑节能材料的研发和应用具有重要的理论和实践意义。

WO₃电致变色器件具有变色响应时间短、光学对比度高等优点，在汽车后视镜、智能窗等领域具有重要应用。近年来，随着可穿戴电子设备的迅速发展，柔性WO₃薄膜的制备成为柔性电致变色器件领域的研究热点。但WO₃结晶温度较高，而受聚合物衬底可耐受温度的限制，通常需要采用磁控溅射、电子束蒸镀等真空气相沉积技术制备晶态柔性WO₃薄膜。此技术对设备要求高，且所制备的薄膜结构较致密，不利于电解液的渗透和电解质离子的快速脱嵌。采用液相回流化学法预合成了结晶态WO₃·H₂O微米片粉体，首次采用乙醇胺等胺类分子使WO₃·H₂O强化解离为高度分散的纳米粒子胶体溶液，经旋转涂覆液相成膜技术制备成柔性晶态WO_x薄膜并应用于柔性电致变色器件。机理研究表明，胺基官能团与WO₃·H₂O微米片的强界面相互作用产生的电荷斥力使其迅速解离。所制备的柔性WO_x电致变色器件的着色和褪色时间分别为5.9 s和5.4 s，着色效率最高可达146.7 cm²/C，经200次弯折后仍具有较好的性能。

掺入化学外加剂是提升水泥基材料性能的有效方法。然而，各类化学外加剂在分子尺度上的作用机制仍需进一步明晰。水化硅酸钙（C-S-H）作为水泥水化的主要产物，控制着水泥基材料的各项宏观性能。分子动力学模拟可在分子/原子尺度上揭示化学外加剂分子与C-S-H的相互作用及其对C-S-H性能的影响。综述了近年来针对有机和无机化学外加剂与C-S-H在分子尺度上的相互作用及其对C-S-H性能影响机理的分子动力学研究进展，并展望了关于化学外加剂-（C-S-H）体系分子动力学模拟的后续研究方向。总结的化学外加剂包括有机小分子、树脂和纤维、水溶性聚合物等有机外加剂，以及（改性）石墨烯、硅烯、碳纳米管、各类纳米粒子等无机外加剂。分子动力学模拟研究重点关注各类外加剂与C-S-H界面的相互作用，这一作用的理解有助于揭示外加剂对C-S-H材料力学性能的提升机理。此外，针对有机小分子、水溶性聚合物及部分纳米粒子等外加剂，大量研究采用分子动力学方法，揭示此类外加剂对C-S-H层状结构的吸附、插层、聚集阻塞等微观作用，从而阐明这些外加剂对C-S-H力学性能、传输性能，乃至收缩行为的作用机理。这些认识，为有效提升水泥基材料性能、外加剂分子结构设计提供理论启发。

中国修建于20世纪的大批基础设施工程正逐渐达到高龄服役期，随之带来了较突出的水泥基材料劣化问题。声发射作为一种材料在能量释放下所表现出的本征物理现象，其蕴含的丰富信息为精敏感知材料及结构性态提供了有益基础。在简要阐述声发射感测基本原理与主要分析方法的基础上，重点围绕水泥基材料的碱骨料反应、锈胀开裂、疲劳、冻融剥落等劣化行为，评述了基于声发射现象进行水泥基材料劣化行为表征、性态判识评估、劣化致因剖析方面的研究现状，考虑水工大尺度结构时变服役特征，给出了声发射在水泥基材料劣化研究方面今后需着力加强的方向。

现代科学技术的快速发展，促进了物理化学、电磁学、信息学等多学科知识在混凝土中的应用，助推了混凝土性能提升和技术发展。本文结合现代混凝土结构与材料的数字化、智慧化发展趋势，着重综述了电场、磁场等方法调控新拌混凝土流变性及硬化混凝土性能的研究进展，展望了电磁场调控混凝土性能的前景及亟待解决的问题，以期为现代混凝土结构的智慧建造提供先进混凝土材料技术支撑。

针对目前低场核磁共振技术在水泥基材料应用中普遍存在的数据可靠性、结果稳定性和模型与应用适配性等问题，通过总结基本理论模型，结合应用进行了综述。介绍了双组份快速交换模型、Korb模型、信号幅度模型和Gibbs-Thomson模型4个理论模型，及低场核磁在水泥基材料孔结构表征、物相定量和水分动力学研究中的应用，指出了模型本征限制条件及其在应用中存在的常见误区。根据水泥基材料的特点，总结了常用核磁脉冲序列，提供了推荐参数，并介绍了相关应用场景。总结了目前技术上的不足之处，并展望了低场核磁共振技术在水泥基材料领域未来的研究方向。

为保证混凝土质量，在混凝土施工过程中进行合理充分的养护是必不可少的。目前常用的洒水、覆膜等传统的外养护方式存在养护深度有限、对构件形状、施工部位依赖性大等问题，而采用内养护方式能够很好地解决这些问题，对于易于收缩开裂、不便进行外养护的部位和结构具有很好的应用价值。本工作回顾了内养护材料的发展，重点介绍了具有发展前景的内养护材料-高吸水树脂（SAP）的种类与吸/释水作用机理及相应的体积变化，综合归纳了在水泥基材料中SAP的吸/释水行为及其影响因素，探讨了SAP的掺入对于水泥基材料水化进程、孔隙结构和宏观性能的影响，并且对SAP作为混凝土内养护材料的发展方向进行了展望。

随着清洁能源系统的推广应用，锂离子电池、固体氧化物燃料电池作为清洁能源器件受到广泛的关注。然而，作为复杂的电力动力系统，电池的商用化一直面临长时间、多维度、高精度的性能预测需求，一些新型的电池性能预测方法仍处于起步探索阶段。近年来，随着人工智能的普及与推广，机器学习这项基于传统人工神经网络的技术被国内外研究者所重视。机器学习等数据科学的最新进展为科学和工程界提供了灵活而快速的预测框架，在材料研发等方面显示出巨大的应用前景。本工作总结了采用机器学习方法用于固态氧化物燃料电池、锂电池、CO₂电化学还原催化剂的最新进展，并对未来的发展方向提出了若干建议。

随着消费类电子、电动汽车和储能等领域的迅猛发展，亟需提升以锂离子电池为代表的二次储能设备的能量密度，而正极材料是提升锂离子电池能量密度的关键。富锂锰基层状氧化物正极材料（LRM）因具有极高的理论比容量（>350 mA·h·g^-1）和可逆比容量（>250 mA·h·g^-1）被认为是最有前途的锂离子电池正极材料之一。然而，LRM正极材料的首次Coulombic效率低、倍率/性能差以及快速的电压和容量衰减等问题，严重阻碍了其产业化应用。本文介绍了LRM正极材料的晶体结构及电化学机理等方面的研究进展，分析了LRM存在的问题及起因。重点从形貌设计调控、掺杂、包覆、缺陷结构设计、梯度成分设计、层状/尖晶石异质结构构建以及电解液添加剂等方面全面介绍了LRM正极材料的改性策略，以期望为LRM正极的未来发展提供思路和指导，最终促进LRM正极材料的实际应用。

高岭石广泛应用于光催化领域，其在光催化反应中的作用机制错综复杂。本工作从高岭石作为传统载体、功能性载体和光催化剂3个方面，综述了高岭石在光催化领域的研究进展，并系统阐述了高岭石结构与光化学性能之间的关系，对面临的问题和未来发展趋势进行了总结和展望。

空心硅酸锰纳米材料是一种新型无机材料，其形貌主要包括空心纳米球、纳米颗粒、核壳结构等。其中空心硅酸锰纳米材料具有高比表面积、大孔容、可调的孔尺寸等特性，同时具有良好的生物相容性和可降解性，已被应用于生物、医药等领域。综述了空心硅酸锰及其复合纳米材料的合成方法，主要包括水热法和沉淀法，并对所合成的材料形貌和尺寸进行了总结，介绍了其在癌症诊断、癌症治疗以及癌症的联合诊疗等方面的应用，对今后硅酸锰纳米材料的研究重点和发展方向进行了展望。

先驱体法连续碳化硅（SiC）纤维在航空、航天和核能领域具有广泛的应用前景。SiC纤维在高温氧化环境中的氧化行为对于复合材料的研究极为重要，本文概述了国内外先驱体法连续SiC纤维的研究现状，综述了SiC纤维的氧化类型、氧化过程、氧化动力学与性能退化机制的研究现状，提出了SiC纤维及其氧化行为研究的发展方向。