现有应力发光多局限于单一波段。铋（Bi）离子能实现紫外-近红外波段的超宽发射，但是现有Bi离子激活应力发光材料多限于蓝光发射。针对这一问题，本工作在多格点石榴石化合物（Sr₃Y₂Ge₃O₁₂）中率先实现了紫外-可见-近红外超宽带应力发光，并借助近邻离子（Sc³⁺）取代策略调控其应力发光性能。最后，利用热释光测试等得到材料缺陷分布信息，并探究其应力发光机理。最后，基于多模式发光，该材料有望用于信息储存领域。

以Mn²⁺掺杂石榴石结构Na₂CaSn₂Ge₃O₁₂无机发光材料为研究对象，基于其丰富的化学组成与多样化的晶体学格位特征，采用不同化学计量比Na⁺/Sr²⁺/Ba²⁺阳离子对Ca²⁺格位取代，以及Sn⁴⁺/Ge⁴⁺反位占据等掺杂调控手段，实现了该材料体系中能量陷阱的类型、浓度和分布调制的多样化构筑，由此提升并精准调控该无机发光材料的余辉、X射线发光存储和应力发光的多模式发光性能。探索并展示了掺杂型Na₂CaSn₂Ge₃O₁₂：Mn²⁺基发光材料在X射线发光扩展成像、应力传感等领域的潜在应用前景。

相比于传统的破坏型应力发光材料，陷阱控制型应力发光材料在应力发光过程中具有良好的结构完整性和应力发光可重复性等优势，已在应力传感器、应力驱动的照明和显示器等领域展现出应用潜力，高性能陷阱控制型应力发光材料的开发对推动应力发光的应用进程具有重要意义。本工作研究了新型陷阱控制型应力发光材料Ca₂Ga₂GeO₇：Pr³⁺，通过测量XRD谱、漫反射光谱、荧光衰减曲线、发射光谱、应力发光光谱和热释光图谱对其发光特性进行了研究。Ca₂Ga₂GeO₇：Pr³⁺的光致发光谱和应力发光光谱均具有位于488、610 nm和648 nm的发射峰，分别对应于Pr³⁺从³H₄→³P₀、³H₄→¹D₂和³F₂→³P₀的能级跃迁。我们发现在连续摩擦刺激下其应力发光强度表现出缓慢衰减特性，并且应力发光强度与应力强度还满足线性增长趋势。基于热释光测试的陷阱属性分析表明：Ca₂Ga₂GeO₇：Pr³⁺缓慢衰减的应力发光特性主要来源于材料中深陷阱的存在，即在连续应力刺激过程中，深陷阱不断地向浅陷阱提供电子补充，使应力发光表现出缓慢衰减特性。这为高性能陷阱控制型应力发光材料的开发和应用提供了材料和实验基础。

荧光强度比测温技术在生物组织内部实现了快速和无创的温度探测，但在实际应用中仍受荧光热猝灭及生物组织较大的吸收与散射的影响。本工作采用一步水热法制备了长方体ScF₃：Yb³⁺/Er³⁺纳米晶，利用ScF₃特有的负热膨胀属性，提高了激活剂与敏化剂之间的能量传递效率，实现了上转换发光整体34倍的热增强。同时，引入Nd³⁺构建了近红外-近红外高灵敏度的温度探针（S_a = 0.112 0 K^-1在400 K），并通过对测温曲线的矫正和离体实验，证明了样品在组织内部的测温性能，为解决上转换发光热猝灭和开发生物近红外发射温度探针提供了新的设计思路。

采用传统的高温固相法合成出了硫元素掺杂的具有473 nm和525 nm双发射的UCr₄C₄型RbNa₃（Li₁₂Si₄O_16-yS_y）：Eu²⁺窄带蓝光荧光粉，并在UCr₄C₄结构中实现零热猝灭发光性能，其发光积分强度在250 ℃下提升至室温的107%。Eu²⁺离子的格位占据分析及缺陷表征揭示了对应的发光调控和零热猝灭机理。采用阳离子取代策略（Ti⁴⁺部分取代Si⁴⁺）成功消除了荧光粉位于525 nm的肩带峰，将蓝光色纯度从61.1%提升至83.7%，使RbNa₃（Li₁₂Si₃TiO_16-yS_y）：Eu²⁺荧光粉有望成为应用于液晶显示背光的蓝色发光候选材料，为UCr₄C₄型发光材料零热猝灭性能的实现及色纯度的优化提供了新的设计思路。

本工作基于高温固相法制备的ZrO₂：Ti⁴⁺荧光粉和PDMS硅橡胶，获得了一种新型力致余辉发光复合弹性材料，并通过XRD、扫描电子显微镜、光谱技术等对荧光粉及弹性体的结构、发光和陷阱性能进行了针对性的表征。结果表明：ZrO₂属于单斜晶系，空间群P21/c（No.14），为中心对称结构，力致发光与常见的压电发光无关，基质的带隙大约为5.01 eV，宽度较大，有利于发光能级的辐照跃迁，均匀掺入Ti⁴⁺作为发光中心后，具有Ti⁴⁺特征发射e_g→t_2g的青色的光致及余辉发光，确定了最强发射时Ti⁴⁺的掺杂浓度为0.10%，ZrO₂：Ti⁴⁺荧光粉与PDMS复合制备的弹性材料在通过254 nm的紫外灯辐照蓄能后，可在刮划、撕扯、按压、弯折和拉伸等外力刺激下发出明亮的青色力致发光，并能在裸眼视觉下持续数秒时间，该力致余辉现象力光线性依赖且辐照可重复，在应力可视化、力光传感、工程探测和人造皮肤等领域展现出良好的应用潜力和发展前景，提出了一种可能的摩擦电引发陷阱载流子激励力致余辉发光的机理。

Sr₃Sn₂O₇：Sm³⁺是一种被广泛研究的应力法光材料，但关于Sm³⁺掺杂量的研究仍然存在缺失。本工作采用高温固相法制备Sr_3-xSn₂O₇：xSm³⁺。在Sr₃Sn₂O₇中掺入少量Sm³⁺后，样品仍然保持着非中心对称的双钙钛矿结构。样品在受到紫外灯激励或应力施加之后，能展现出稳定的光致发光、长余辉和应力发光性能，且这三者的光谱显示出一致性。应力发光来源于Sm³⁺的⁴G_5/2激发态向⁶H_J（J=5/2，7/2，9/2）基态的电子跃迁。通过调控x值对其发光性能进行优化，在x=0.020时性能最好。Sm³⁺掺杂量的变化对应力发光性能的影响，既对现有的相关工作进行了补充，同时也能为未来的相关研究起到参考或指导的作用。

力致发光（ML）材料的发光机制涉及力、电、磁、光之间的能量转换和电子跃迁过程，是一个横跨多个学科的研究课题。目前，存在一些无法用已知理论解释的ML现象，这预示着其过程机理仍未被完全揭示。ML机制的尚不确切严重阻碍了力致发光材料的研发及其构效关系的建立，使研究人员为加快研发进程进一步提出开发和性能优化策略的目标遭遇瓶颈，成为其走向实际应用的“桎梏”。本文聚焦于ML的过程机制、回顾了已知机理模型和开发及优化策略，并试图为力致发光材料未来面临的挑战和研究方向提供一些观点，为力致发光材料的开发研制、性能改善及构效关系及机制的理解提供一些启示。

稀土金属-有机框架是一种由稀土金属离子或稀土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-有机多孔材料。由于其高配位数和独特的稀土金属离子（Ln³⁺）的光学特性赋予稀土金属-有机框架以丰富的分子构筑单元以及高的荧光量子效率。总结了稀土金属-有机框架的最新研究成果，介绍了稀土金属-有机框架在温度传感、小分子传感、气体传感等光子学领域的应用。另外，还介绍了包括稀土金属-有机框架的设计思路和可控制备方法，以及有机染料等在稀土金属-有机框架孔道中的组装和稀土金属离子在金属-有机框架材料孔道中的组装，并对今后的发展方向和应用前景进行了展望。

近红外（NIR）光电检测技术的应用非常广泛，如日常生活中的生物热成像仪、生物追踪、运动手表等，以及军事国防中的无人机、导弹制导、生产自动化等领域均扮演着重要的角色，具有波长选择性的NIR PDs在红外成像、环境监测、医疗检测、光通信等领域有着广阔的应用前景，开发易于集成、高灵敏度、低泵浦阈值的NIRⅠ-Ⅱ区的多波段选择性PDs，对加密通信生物分析等领域的发展具有重要意义。目前，波长选择性光电探测技术的应用，侧重于集成多个不同带隙，且对NIR有不同的光响应能力的半导体材料，但这不仅增加了器件的制备成本和设计上的复杂性，又严重影响其稳定性。稀土离子（RE³⁺）掺杂上转换纳米晶（UCNCs）具有大Stokes/反Stokes位移以及优异的光稳定性，吸收NIR光子后将其转化为UV/Vis光子，被窄带隙半导体材料吸收。UCNCs因为具有窄带NIR波长选择性吸收特性等优点，被视为一种优异的光敏材料，为开发新一代的波长选择性PDs提供了解决方案。研究表明：UCNCs的光电检测中，UCNCs与钙钛矿、石墨烯、MoS₂的结合可以使PDs展现出更好的光响应能力，实现单个组件无法获得的更大的光谱范围。但在实际应用中，仍需面临UCNCs的荧光效率低、泵浦阈值高的问题。

本文综述了近年来利用稀土掺杂UCNCs作为光活性材料用于NIR PDs的研究进展，主要包括：提高UCNCs发光效率/发光强度以实现窄带NIR探测的几种主要策略；UCNCs与钙钛矿、石墨烯、MoS₂结合应用于NIR PDs的研究现状；稀土掺杂上转换钙钛矿基NIR PDs的最新研究进展。

电卡制冷基于电卡效应，由于其能量转换效率高、环境友好、体积小易于集成等优势，被认为是新一代高效制冷技术，已成为铁电领域新兴研究热点之一。本工作采用传统固相反应法制备了0.77NaNbO₃-0.23BaTiO₃+wMn（w=0、0.2%、0.4%、0.6%，质量分数）电卡陶瓷样品，研究了不同Mn掺杂量对0.77NaNbO₃-0.23BaTiO₃陶瓷的物相组成和微观形貌，测量了不同Mn掺杂量样品的介温谱、电滞回线和电卡效应。结果表明：适量Mn掺杂陶瓷样品可以促进晶粒的致密化、提高介电常数和饱和极化强度、并显著提升其电卡效应，当掺杂量w=0.4%时，室温下样品的温变值ΔT由0.09 K提升到0.39 K，熵变值ΔS由0.17 J·kg^-1·K^-1提升到0.71 J·kg^-1·K^-1，电卡强度ΔT/ΔE=0.13×10^-6 K·m·V^-1，ΔS/ΔE=0.24×10^-6 J·m·kg^-1·K^-1·V^-1（E=30 kV·cm^-1），由此可知，0.77NaNbO₃-0.23BaTiO₃+0.4%Mn陶瓷是一种具有应用前景的电卡制冷材料。

采用固相烧结法制备ZnO-Pr₆O₁₁-Co₂O₃-Cr₂O₃-Er₂O₃-SiO₂压敏陶瓷，研究了SiO₂掺杂对ZnO压敏陶瓷的物相、微观形貌、压敏特性和阻抗特性等的影响。结果表明：SiO₂具有抑制晶粒生长的作用，随着SiO₂掺杂量增加，晶粒尺寸逐渐减小；SiO₂掺杂量为1.0%（摩尔分数）时，ZnO压敏陶瓷的性能最好，生成的第二相物质最多，击穿场强、平均晶界电压、非线性系数、晶界电阻率和晶界势垒高度均为最大，其值分别为435.5 V/mm，1.63 V，17.5，17 400 MΩ·cm和0.37 eV，漏电流最小为1 μA；与未掺杂SiO₂的ZnO压敏陶瓷相比，击穿场强和非线性系数分别提高了3.6倍和6.6倍。

采用微波烧结方法制备了不同层数和层厚比的Ti（C,N）-WC-Al₂O₃/Ti（C,N）-WC叠层陶瓷材料。利用有限元方法揭示了残余应力随层数和层厚比的变化规律，研究了层数和层厚比对材料宏观力学性能和微观结构特征的影响。结果表明：与均质材料相比，叠层材料的断裂韧度提高到11.42 MPa·m^1/2，为均质材料的2.5倍，增韧效果显著，其主要原因是宏观残余压应力和大量微观裂纹偏转的综合作用。叠层材料的断裂模式为一种表层穿晶断裂和基体层沿晶断裂相交替的混合断裂新模式，不仅有利于断裂韧度的增加，也有利于材料整体强度的提高。

高质量的陶瓷靶材对于射频磁控溅射法可镀制出综合性能优异的BaBiO₃基负温度系数热敏薄膜至关重要。基于此，本工作以纯BaBiO₃靶材样品的收缩率、平整度和体积密度为主要质量特性衡量指标，通过改变保压时间、烧结温度、保温时间和升温速率等4个因素，设计了正交实验并加以分析各因素与靶材质量指标的构效关系。同时，基于烧结行为对BaBiO₃靶材晶粒生长的影响关系，包括调控烧结温度、保温时间和升温速率等关键烧结工艺参数，结合唯象方程和截距法，探讨了晶粒生长机制、生长指数n与关键影响因素间的内在关联性。基于此，进一步联合X射线衍射、Raman光谱、扫描电子显微镜和能谱等表征方法分析了不同工艺参数条件下靶材样品的相结构和元素构成，从而验证了正交化实验的有效性。结果表明，获得综合质量较优（变形程度小、致密度高和表观质量良好）的BaBiO₃陶瓷靶材的烧制工艺为：保压时间12 min、烧结温度750 ℃、保温时间120 min和升温速率2 ℃/min。

镁铝尖晶石透明陶瓷是一种优异的中红外材料，被广泛应用在军事领域和民用领域，具有典型的军民通用特点。本工作研究了烧结工艺对镁铝尖晶石透明陶瓷物相、显微结构及光学性能的影响，确定了适合高质量镁铝尖晶石透明陶瓷烧结工艺路线，对加快大尺寸透明陶瓷装甲材料产业化具有重要意义。结果表明：热压MgAl₂O₄透明陶瓷中Li离子可能以LiAlO₂形式存在；热等静压MgAl₂O₄透明陶瓷的优先取向生长面为（311）；热压和热等静压工艺制备的MgAl₂O₄陶瓷中Al离子、Mg离子偏离化学计量配比且Al和Mg摩尔比大于2，随着热等静压压力增大，陶瓷内部小晶粒增多，同时发现MgAl₂O₄陶瓷晶粒尺寸控制在20~40 μm有利于提升3~5 μm平均透过率，处理温度1 750 ℃、压力170 MPa条件下有利于提升MgAl₂O₄透明陶瓷3~5 μm波段的平均透过率，平均透过率大于85 %。同时，发现热等静压烧结时间对提升MgAl₂O₄透明陶瓷的红外透过率作用较小。

采用微波烧结技术制备Sialon陶瓷刀具材料，主要研究烧结温度和保温时间对Sialon陶瓷刀具材料力学性能的影响规律，并结合微观形貌对其影响规律进行分析，旨在制备性能优异的陶瓷刀具材料。结果表明：在烧结温度为1 600 ℃、保温时间为15 min时，刀具材料具有最优的力学性能，其致密度、Viekers硬度、断裂韧性分别为98.9%、17.8 GPa和5.9 MPa·m^1/2。在此烧结工艺下，样品的微观组织均匀，内部气孔较少，有利于材料力学性能的提高。采用微波烧结技术可以在较短的保温时间内得到性能优异的陶瓷刀具材料，提高了生产效率。

采用AgCu钎料瞬时液相扩散连接SiBCN陶瓷和Ti₂AlNb合金，研究连接温度和时间对接头微观组织和力学性能的影响。结果表明：连接过程中，Ti₂AlNb合金中的Ti元素向AgCu液相中溶解并与SiBCN陶瓷反应产生TiC界面反应层；液相中的Cu元素则向Ti₂AlNb中扩散形成Nb（s,s）和TiCu₂Al，使得液相发生等温凝固。随着温度升高或保温时间的延长，TiC层厚度增加，Cu（s,s）消失而TiCu₂Al化合物含量增加，接头室温抗剪强度呈现先上升、后下降趋势。在840 ℃保温40 min时所获接头在室温和500 ℃时抗剪强度分别达到（73±10） MPa和（95±16） MPa，这得益于Ag（s,s）良好的耐热性和应力缓解效果。

以福建龙岩高岭土、安徽钾长石、江西星子石英为陶瓷主要原料，添加适量的硅酸锆为增强相，研究了硅酸锆引入量、烧成温度、保温时间等因素对日用陶瓷性能的影响，探究了硅酸锆颗粒弥散分布对日用陶瓷的强化机理。结果表明：当引入硅酸锆含量为6%（质量分数），烧成温度为1 300 ℃、保温时间为30 min时，强化效果最好，抗弯强度从基础配方的（58±6） MPa提升至（106±11） MPa，提升幅度为83%。硅酸锆颗粒弥散分布在基体内部，由于其与基体热膨胀系数的差异，冷却过程中在基体内部产生径向压应力与切向张应力，使裂纹在颗粒处钉扎，从而提高了陶瓷强度。

金属纳米颗粒的原位析出提供了高含量和均匀分布的金属纳米催化剂，并且无需复杂的合成过程。为在固体氧化物燃料电池（SOFC）的实际电极中实施这一策略，本工作用Pechini法制备了一系列不同含量Ni掺杂的Sm_0.20Ni_xCe_0.80-xO₂-δ（SNDC）阳极材料，并通过还原处理形成具有Ni纳米颗粒出溶的SOFC阳极材料。采用SNDC15为阳极时，电解质支撑的单电池输出性能最高，在700 ℃以氢气和甲醇为燃料时单电池最大功率密度分别为1.26 W/cm²和1.48 W/cm²。此外，小尺寸的Ni颗粒与氧化物载体之间有强相互作用，有效抑制了积碳的生长。单电池在700 ℃甲醇为燃料时能稳定运行10 h以上。

顺磁盐在超低温制冷方面具有绝对优势，且在极低温度下使用时往往是其水合盐类晶体，对水合盐类磁制冷材料的探索意义重大。本工作采用缓慢降温法生长出尺寸为32 mm×32 mm×20 mm的CrK（SO₄）₂·12H₂O（CPA）单晶，分析了生长条件与晶体形貌之间的相互关系，研究了CPA的热稳定性和磁热性能。结果表明，CPA在温度为2 K、外加磁场强度为7 T条件下，表现出大的磁热效应，磁熵变值达到29.75 J·kg^-1·K^-1。在密集排布铜线的密封容器中生长CPA晶体，并将其用于2级单冲程绝热去磁制冷系统中，空载条件下制冷温度达到90 mK。

太赫兹技术的不断发展和在各个领域的进一步应用，对碲化锌（ZnTe）电光晶体提出越来越高的要求。采用Te溶剂法生长碲化锌晶体，可以有效降低晶体的生长温度，但不可避免的会引入Te夹杂相，进而影响其结晶质量。本工作提出利用Zn气氛等温退火和梯度退火2种方法，在不同退火温度下成功消除了ZnTe晶体内部尺寸小于10 μm的Te夹杂相，发现夹杂相去除效率与退火温度和梯度密切相关。经过650 ℃，100 h的梯度退火后，Te夹杂相去除效率可达83%。Zn气氛退火后，晶体内部出现V_Te-Te_i复合缺陷，表明退火中存在扩散导致的缺陷反应，对晶体的结晶质量和光学性能产生影响。通过对退火前后晶体的X射线摇摆曲线衍射峰的研究，发现去除Te夹杂后晶体结晶质量总体提高，证明Te夹杂相是左右ZnTe晶体结晶质量的主要结构缺陷。

为了探究不同来源板状刚玉的使用性能差异，从而通过对原料的针对性选择实现耐火制品的长寿化应用。以不同碱度的钢包渣为侵蚀介质对3种不同显微结构特征的板状刚玉骨料进行侵蚀实验，揭示了不同显微结构对板状刚玉骨料抵抗熔渣侵蚀过程中界面反应的影响，明确了高碱度与低碱度环境下的优势孔隙结构与作用机制。研究表明：由于气孔簇结构的数量与侵蚀过程中的氧化铝溶解量成正比，在高碱度条件下（CaO和SiO₂质量比大于4），渣料界面会生成二铝酸钙（CA₂）及六铝酸钙（CA₆）的复合层状结构，起到一定的保护作用，复合层的厚度与气孔簇的数量成反比；在低碱度条件下（CaO和SiO₂质量比约等于1），圆形孔隙结构特点导致熔渣内生成大量CA₆细晶结构，抗侵蚀效果较差，而少量的气孔簇结构导致在骨料表面形成CA₆沉积层并生成更大尺寸CA₆晶体桥接区域，从而抵抗熔渣侵蚀。

高温下刚玉质浇注料中铝酸钙水泥结合剂与基体发生反应生成片状六铝酸钙相，可以有效改善材料的抗热震性，但引入过多水泥会产生较大的体积膨胀，从而影响材料性能。为此，采用六铝酸钙骨料部分或全部取代板状刚玉骨料制备浇注料，在确保体积稳定性的同时发挥了六铝酸钙的增韧效应，研究了骨料气孔特性对浇注料养护后和高温处理后材料力学性能的影响，并借助楔形劈裂实验，研究其断裂行为。结果表明，25 ℃养护下，相比于板状刚玉，六铝酸钙骨料中气孔产生的吸释水效应，促进了在骨料周围生成更多水化产物，加快了水泥水化反应，使骨料与基质间的界面结合更好。经1 600 ℃热处理后水化产物转变成为CA₆相，使材料中骨料与基质界面强度提高，且材料断裂过程中裂纹在骨料内扩展的比例增加，结合样品的断裂能和特征长度等参数，浇注料中加入30%CA₆骨料时具备最好的抗裂纹扩展能力。

以电熔白刚玉、鳞片石墨、活性α-Al₂O₃微粉、金属Al粉和Si粉为主要原料、h-BN（质量分数0%、3%）为添加剂，制备低碳Al₂O₃-C耐火材料，研究了不同氮化温度下添加h-BN对Al₂O₃-C耐火材料显微结构、物理性能以及抗氧化性能的影响。结果表明：添加h-BN促进了SiC晶须的生成，在1 400 ℃氮化后添加h-BN样品的常温耐压强度和常温抗折强度较未添加h-BN样品分别提高了6%和10%；添加h-BN样品的抗氧化性能得以显著提升，其中1 500 ℃氮化后添加h-BN样品的抗氧化性能较未添加h-BN样品提高了21%。

将Ti-46Al-8Nb合金置于BaZrO₃/Al₂O₃复合模壳中，在氩气气氛下，于1 650 ℃分别保温不同时间。通过使用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪及电感耦合等离子体发射光谱仪等分析了复合模壳与合金熔体接触后的界面形貌及合金中耐火材料元素的溶解量，研究了模壳与熔体间界面反应。结果表明：分别保温30、60 min和120 min后，模壳面层受熔体侵蚀并持续发生溶解反应，侵蚀层厚度分别为1 510、2 476 μm和3 574 μm，侵蚀机理符合扩散型溶解机制控制的动力学模型。合金中O、Zr、Y和Si含量及显微硬度均随保温时间增加而增加。凝固后合金表面形成附着层并有新相形成，其物相为BaAl₂O₄和Y₄Al₂O₉，合金基体生成（Ti,Zr）₅（Si,Al）₃和Y₄Al₂O₉ 2种夹杂物，其含量随保温时间增加而增加。

铝酸钙水泥是一种性能优异的水硬性结合剂，但其水化产物中的亚稳相不可避免地发生转化，导致材料的体积收缩、孔隙率增大，引起强度下降、耐久性变差等问题，制约了铝酸钙水泥在重要领域中的应用。基于铝酸钙水泥的水化过程，描述了水化产物的形成和转化与温度的密切关系，介绍了铝酸钙水泥水化产物转化机理。并从外掺微纳米粉及化学添加剂、改变养护条件等方面阐述了调控铝酸钙水泥水化产物物相转化过程的研究进展。基于此，提出了铝酸钙水泥水化产物转化过程中尚待深入研究的问题。