辐射致冷柔性薄膜作为冷却电子器件的候选材料受到广泛关注。然而材料和制备工艺的限制，很难同时具备优异的辐射致冷性能和热稳定性。通过溶胶凝胶法制备了Al₂O₃掺杂无色聚酰亚胺（CPI）薄膜，不仅利用Al₂O₃声子-增强共振增强了红外辐射，而且超细Al₂O₃纳米粒子与分子链的相互作用提高了热稳定性。结果表明：Al₂O₃掺杂CPI/Ag复合膜随着Al₂O₃含量增加，中红外发射率逐渐增加而太阳光谱反射率逐渐减小，其中5%（质量分数）Al₂O₃掺杂CPI/Ag复合膜具有高的太阳光谱（0.4~2.5 µm）反射率（91.12%）和中红外（5~20 µm）发射率（92.15%）。在阳光直射下，其最大冷却温度比环境温度低7.7 ℃，可降低铝制器件表面温度最大11.1 ℃。此外，该复合膜表现出优异的热稳定性（玻璃化转化温度约为328 ℃和热分解温度约为554 ℃）。该研究结果为电子器件和航天器附件的高效辐射致冷提供了有效的策略。

固态电解质界面膜（SEI）的性质直接影响着锂金属电池中金属锂负极的稳定性。本文通过原位紫外光聚合方法构筑了弹性聚合物人工固态电解质界面膜（EP-SEI）保护的金属锂负极。这种EP-SEI具有优异的均匀性、稳定性和弹性，在电池循环中促进锂离子均匀沉积。这些特性可以抑制锂枝晶的生成，缓冲金属锂负极在循环时的体积变化，有效保护金属锂负极。这种EP-SEI保护的金属锂负极组装的LFP || Li电池和NCM811 || Li电池在0.5 C倍率下的最高容量分别可达到164.1 mA·h·g^-1和187.1 mA·h·g^-1，并稳定循环500圈。

工业应用迫切需要新一代的聚合物介电电容器能在高温高场下稳定工作并表现出优异的储能密度和效率。以发展耐高温聚合物基电介质为目标，采用聚醚酰亚胺（PEI）为基体，制备了TiO₂/PEI复合薄膜，并对其常温和高温下的介电储能性能进行了分析。研究结果表明，较宽带隙TiO₂颗粒的加入可使TiO₂/PEI复合薄膜在常温下的储能密度和充放电效率达到7.10 J/cm³和94.9%；150 ℃下复合薄膜具有的最大储能密度仍维持在5.05 J/cm³，充放电效率仍不低于88.5%，证明了该复合薄膜具有在高温环境下稳定工作的巨大潜力。

为了开发高活性油品光催化氧化脱硫催化剂，以样品La-TiO₂为活性组分，样品SBA-15为载体合成了以镧掺杂无定形二氧化钛为活性组分的介孔催化剂（La-TiO₂/SBA-15），采用X射线衍射（XRD）、X射线荧光光谱（XRF）、氮气吸附-脱附（BET）、透射电子显微镜（TEM）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、紫外-可见光谱（UV-Vis）、光致发光光谱（PL）、X射线光电子能谱价带谱（VB-XPS）进行表征，应用于含二苯并噻吩（DBT）的模拟柴油及真实柴油的光催化氧化脱硫，同时提出光催化反应机理。催化活性从高到低为：样品La-TiO₂/SBA-15，样品La-TiO₂，样品TiO₂，样品SBA-15，这是因为样品SBA-15的高比表面积和有序介孔结构促进了活性组分的分散和DBT的扩散，镧掺杂拓宽了光响应范围，提高了吸光度，降低了光生电子-空穴的复合率。捕获实验表明，·O₂^-和h⁺是主要活性中间物种。优化后工艺条件为催化剂用量1%（质量分数），氧化剂中氧原子与硫化物中硫原子摩尔比n（O）/n（S）=15∶1，剂油体积比（V_{（extractant）}/V_{（model fuel）}）=1∶1，脱硫率达95.12%，且循环使用4次后仍高于85%，真实柴油在催化剂用量3%（质量分数），n（O）/n（S）=20∶1，V_{（extractant）}/V_{（model fuel）}=1∶1的条件下脱硫率达64.7%。

超级电容器以其充放电速度快、功率密度高、循环寿命长等优点得到了广泛应用。在超级电容器的结构中，电极材料决定着超级电容器的电化学储能性能，因此，开发高性能电极材料是提升超级电容器性能的关键。本工作主要是采用溶剂热和硒化的方法在泡沫镍上合成硒化镍/硫化镍（Ni₃Se₂/Ni₃S₂）纳米复合材料，并对其结构和电化学储能性能进行了系统的研究。在优化制备条件下，Ni₃Se₂/Ni₃S₂纳米复合材料比电容可达2 482.00 mF·cm^-2（@1 mA·cm^-2），在10 mA·cm^-2电流密度下经过2 000次充放电循环后，比电容保持率仍有68.45%，同时其库伦效率在97.20%~99.28%。组装的液体（6 mol/L KOH）Ni₃Se₂/Ni₃S₂//AC非对称超级电容器的比电容可达768.75 mF·cm^-2（@2.5 mA·cm^-2）。组装的Ni₃Se₂/Ni₃S₂//AC固态非对称超级电容器比电容达983.57 mF·cm^-2（@7.5 mA·cm^-2）。另外，本工作还研究了Ni₃Se₂/Ni₃S₂//AC固态电容器集成电路特征。

可充电金属离子电池（RMBs）迫切需要开发新型高比容量的负极材料。采用第一性原理计算方法研究了六方h-Mo₂B₂ MBene作为RMBs（Li、Na、Mg和K离子）负极材料的潜力。计算结果表明，h-Mo₂B₂ MBene结构稳定且具有良好的导电性。作为RMBs负极材料组装成Li离子电池、Na离子电池、K离子电池和Mg离子电池时，其理论比容量分别为：753、314、125 mA·h·g^-1和1 506 mA·h·g^-1。与传统石墨负极相比，h-Mo₂B₂在锂离子电池中具有更高的比容量，而Mg离子在h-Mo₂B₂上的超大理论容量得益于Mg离子可以携带更多的电荷。Li、Na、Mg和K离子在h-Mo₂B₂上具有较低的扩散势垒，分别为39、10、37 meV和7 meV。Li、Na、Mg和K离子在h-Mo₂B₂中的平均开路电压分别为：0.36、0.47、0.63 V和0.63 V。这些优异的性能表明，h-Mo₂B₂ MBene可以作为锂离子、钠离子以及镁离子电池等领域中一种非常有前景的负极材料。

质子陶瓷燃料电池（PCFC）是新一代固体氧化物燃料电池（SOFC）技术的重要发展方向。钇掺杂锆酸铈钡BaZr_1-x-yCe_xY_yO_3-δ（BZCY）是常用的质子导体电解质材料。然而，BZCY电解质致密化通常需要在超过1 700 ℃的高温烧结5 h以上，这不仅会消耗大量能源和时间成本，而且，由于制备温度高，当电解质冷却到室温时，残余应力可能会导致试样后期力学破坏，进而影响其力学性能。本研究探索了质子导体电解质BaZr_0.7Ce_0.2Y_0.1O_3-δ（BZCY721）的微波烧结工艺及研究了其电化学和力学性能。结果表明：相对于传统烧结方式，微波烧结可以将BZCY721烧结温度降低100~150 ℃。试样在1 500 ℃微波烧结40 min，致密度可以达到97%以上。试样在650 ℃测试温度下，晶粒阻抗为34.81 Ω·cm²，晶界阻抗为89.98 Ω·cm²，电导率为6.41×10^-4 S·cm^-1。力学性能测试结果表明，微波烧结的电解质具有与传统烧结结果相当的弹性模量（190.8 GPa），以及更优的硬度（12.379 GPa）和断裂韧性（0.359 MPa· m^1/2）。本研究结果为在低温下制备致密BZCY721电解质的进一步研究提供了重要参考。

电解液共溶剂改性方法是一种调控金属锌负极沉积的有效方式。本文以添加四乙二醇二甲醚（TEGDME）为共溶剂的硫酸锌电解液体系为研究对象，通过准原位原子力显微镜（AFM），原位石英晶体微天平（E-QCM）和原位阻抗时域分析（EIS-DRT）对共溶剂化作用对金属锌负极沉积行为的影响进行了多尺度详细研究。首次从微观角度揭示了共溶剂可以通过影响双电层结构，稳定局域电场来调控金属锌的沉积行为。该工作为后续共溶剂体系的开发和水系锌离子电池的机理解析提供了一种全新的研究思路和研究角度。

水系锌离子电池（AZIBs）由于其高理论容量、高储量、高安全性等优点，在大规模储能系统中极具应用前景。然而，锌负极界面上锌枝晶和副反应等问题严重制约了AZIBs的发展。本工作通过使用乙二醇甲醚（MECS）作为电解质添加剂来增强锌离子电镀/剥离的高度可逆性。实验以及理论计算结果表明：MECS可以减少配位H₂O分子的数量，打破水的氢键网络并重构Zn²⁺的溶剂化结构，从而抑制副产物和锌枝晶的生成。因此，含有MECS的混合电解液可以使Zn//Zn对称电池在10 mA/cm²以及15 mA·h/cm²的测试条件下稳定循环450 h，并且放电深度（DOD_Zn）达到了54%。即使在高电流密度的测试条件下（10 mA/cm², 1 mA·h/cm²），Zn//Ti半电池的平均Coulomb效率（CE）也达到了99.39%。此外，与纯ZnSO₄电解液相比，利用MECS电解液添加剂所组装的Zn//V₆O₁₃·H₂O全电池表现出优异的倍率性能和循环性能。这项工作为稳定锌金属负极提供了一种可行的方法。

Silicalite-1分子筛膜因其疏水特性在低浓度有机物/水分离中得到广泛应用。但膜面硅羟基（Si—OH）的存在会严重影响其分离效果。以Silicalite-1分子筛膜为基膜，表面接枝正辛基三乙氧基硅烷（OTES）来消除Si—OH，进一步改善疏水性，提高其分离能力。系统考察OTES浓度、反应温度和修饰时间对于膜改性效果的影响，分析改性机理，并对比改性前后Silicalite-1分子筛膜的渗透汽化稳定性。结果表明，烷基硅烷的接枝能有效提高膜疏水性、分离性能与长期稳定性。当OTES的质量分数为3%、温度为60 ℃、时间为10 h时，所制备的膜在70 ℃分离3.5%±0.1%（质量分数）的乙醇水溶液，膜通量为0.92 kg·m^-2·h^-1，分离因子达到30.4，且能够在连续120 h的渗透汽化过程中，保持良好的稳定性。烷基硅烷接枝优化了Silicalite-1分子筛膜的表面结构，在渗透汽化法回收有机组分领域具有广阔的应用前景。

为探索钢渣高附加值利用新途径，采用微波加热-磷酸活化法复合制备了钢渣-花生壳复合活性炭（SPAC），考察其室温条件下低质量浓度甲醛（HCHO）脱除行为，并对最佳样品的表面化学性质和微观结构进行了描述和分析。结果表明：当微波功率为550 W、浸渍比为1.25∶1.00、钢渣超微粉掺量（质量分数）为15%时，所制备的钢渣-花生壳复合活性炭对甲醛气体脱除率最高，即93.2%。钢渣-花生壳复合活性炭的脱除率与甲醛初始质量浓度呈负相关、而与脱除量呈正相关，其脱除动力学行为更加符合准二级动力学模型，化学因素是控制脱除反应速率的重要因素；脱除平衡特征更加符合Freundlich模型，属于优惠脱除，化学键力起到重要作用。钢渣-花生壳复合活性炭一方面具有优良的多孔结构及较大比表面积，对低质量浓度甲醛起到聚集作用；另一方面含有的铁元素（Fe²⁺、Fe³⁺价态）与锰元素（Mn²⁺价态）协同作用，实现对甲醛进一步吸附富集的同时，发生催化氧化脱除甲醛。该研究不仅为钢渣基功能材料的探索研究提供参考，而且为室温低浓度甲醛高效脱除提供理论支撑。

乙醇是一种无色、易燃易爆、挥发性强的有机化合物，属于挥发性有机污染物（VOCs）。在人体健康和酒驾检测中是一种重要的标志性气体。采用水热法制备了CaFe₂O₄、Zn₂SnO₄和CaFe₂O₄/Zn₂SnO₄复合材料，并对晶体结构、元素组成、形貌、光学和电化学性质进行了分析，以及对CaFe₂O₄/Zn₂SnO₄的气敏性能进行了研究。结果表明，4%（摩尔分数）CaFe₂O₄/Zn₂SnO₄的气敏性能优于Zn₂SnO₄和CaFe₂O₄，在400 ℃ 4% CaFe₂O₄/Zn₂SnO₄对40 μmol/L乙醇的灵敏度值为96，响应、恢复时间分别为21 s和63 s，并具有优异的选择性和良好的稳定性。在此基础上，深入研究了CaFe₂O₄/Zn₂SnO₄气敏性能优化的机制。

高性能的电子传输传输层对提升钙钛矿太阳能电池的光电转化效率具有至关重要的作用。基于表面修饰的方法，采用旋涂法在ZnO纳米阵列上制备Zn₂SnO₄钝化层，再通过水热法原位自生长SnO₂构建出ZnO/Zn₂SnO₄/SnO₂双异质结纳米阵列。利用X射线衍射、场发射扫描电镜、透射电子显微镜对异质结的物相、形貌进行了观察和分析，并通过电化学工作站对其光电性能进行了测试。结果表明：Zn₂SnO₄和SnO₂都成功负载在ZnO上，三者之间交错的能带结构所形成的双Ⅱ型异质结进一步提高了光生电子-空穴对分离效率，使得ZnO/Zn₂SnO₄/SnO₂双异质结纳米阵列的电流密度以及光电流较ZnO得到了明显的改善，同时电荷转移电阻从22 403 Ω降低至3 131 Ω，载流子浓度从1.22×10¹⁹ cm^-3降低至1.18×10¹⁸ cm^-3，光电性能提升明显。

分离吸收电荷倍增（SACM）型Ge/Si雪崩光电二极管（APD）因其高速、低噪声、高灵敏度、具备光增益等优点在光通信、光学成像和安全检测等领域具有广泛的应用前景。然而由于Si和Ge的晶格常数相差4.2%，因此在Ge/Si异质结界面会形成高密度的穿透位错，导致器件性能的恶化。为获得低位错密度Si基Ge薄膜材料并实现高性能Ge/Si APD，创新在Ge/Si键合界面处引入一层多晶硅（poly-Si）键合层弱化Ge/Si晶格失配对器件性能的影响，研究了poly-Si键合层掺杂浓度对键合Ge/Si APD性能的影响。研究表明，由于键合界面的晶格缓冲作用，键合Ge/Si APD在室温下可以获得极低的暗电流和较高的带宽，较低的poly-Si键合层掺杂浓度可获得性能较好的Ge/Si APD。该结果为提高Ge/Si APD的性能提供了理论依据。

新型掺杂改性的锆酸钆涂层材料有望成为下一代航空发动机热端部件的关键防热材料。采用大气等离子喷涂工艺，在Inconel 600基底上制备了（Gd_0.9Yb_0.1）₂Zr₂O₇/Y₂O₃稳定ZrO₂（GYbZ/8YSZ）热障涂层，在1 100 ℃完成了100次热循环处理，系统分析了涂层成分、微观结构和力学性能的演变。结果表明，在喷涂前后和后期的热循环处理过程中，GYbZ材料结构稳定；在涂层界面产生了热生长氧化层，其逐渐增厚至20 μm；在50次热循环后，涂层弹性模量与硬度分别达到最大值182.01 GPa和9.13 GPa；高温原位压痕测试表明，在700 ℃后，GYbZ涂层表面高温硬度基本趋于稳定。经过不同次数热循环处理后，涂层残余应力变化范围为-41.02~ -123.67 MPa，断裂韧性范围为0.93~2.02 MPa·m^1/2。系统地讨论了高温长时间热处理过程中GYbZ/8YSZ体系微观结构演变与力学性能的关联，为后续可靠性预测提供了重要的实验依据。

为了深入了解双硅酸镱（Yb₂Si₂O₇）环境障涂层水蒸气腐蚀机理，采用大气等离子喷涂技术制备全包覆Si/Yb₂Si₂O₇双层环境障涂层，水蒸气腐蚀实验（1 350~1 500 ℃，90% H₂O/10% O₂，体积分数，200 h）后对不同阶段和不同温度的样品进行表征以分析腐蚀行为和腐蚀机理。结果表明：在1 350~1 500 ℃范围内腐蚀200 h，Yb₂Si₂O₇层整体结构完整，热生长氧化物层生长速率较慢且符合线性增长，对SiC基体具有良好的保护作用，涂层没有发生剥落失效。在不同温度下，水蒸气腐蚀机理不同，不仅有SiO₂的挥发，还会发生“自修复”反应，同时Al（OH）₃的污染也会影响腐蚀行为。

高铁路基膨胀灾害工程实例发现，部分膨胀是由叶绿泥石水化膨胀引起的，但目前国内外学者对叶绿泥石膨胀特性研究较少，相关机理尚未明确。采用多尺度表征的方法研究了宏观和纳观尺度下叶绿泥石的膨胀特性，运用分子动力学模拟方法研究了叶绿泥石水化机理及动力学响应下的键能变化。结果表明：叶绿泥石具有一定的膨胀潜力。通过不同数量水分子的吸附试验，得到层间域极限数量为32个，吸附位置为硅氧骨干形成的六方空穴，且仅能形成1层饱和水分子层。随着水分子增多，膨胀加剧，直至达到极限，极限状态的晶格常数为a=21.52 Å，b=18.61 Å，c=14.54 Å。水化模型经室温恒压的动力学模拟，发现模拟过程中静电作用能贡献最多，van der Waals作用能次之，键伸缩能最少。随着水化的加剧，水分子之间的相互作用变弱，径向分布函数峰值右移，层间水分子扩散性增强，且表现出靠近滑石层的倾向，水氧与滑石层氢原子形成的氢键键长1.8 Å，层间水与黏土矿物的径向分布函数峰值右移，同时氢键中的氢原子与受体原子之间的距离增加，氢氧配位数增加，这导致氢键键长增加，键角减小，黏土层开始产生膨胀。

用于制备耐辐射光纤面板的高铅（铅当量≥0.3）玻璃材料须具备较高的折射率、较好的X射线吸收性能、较高的可见光透过率以及良好的热稳定性和化学稳定性。但由于其高铅含量对熔制坩埚及耐火材料腐蚀性极高，且熔制过程中挥发量较高，玻璃组分不易稳定控制，目前仅国外少数企业能够高质量稳定生产。研究了玻璃熔制过程中影响挥发物的3个主要因素，有效控制挥发物的挥发率由2.00%降至0.51%左右，确定了最佳熔制温度以及通气压强，并在此条件下分别采用2种方式向玻璃中引入铅，通过能谱仪和光电子能谱仪对该高铅玻璃在熔制过程中的挥发物进行了研究，确定了其挥发物成分以铅氧化物为主，其中铅的价态以四价为主，二价为辅。

超材料具有在亚波长尺度下操控电磁波的能力，近年来，通过对光场、电场、机械或温度场动态调控可以改变其光学特性的主动式超材料受到了广泛的研究。二氧化钒具有在68 ℃的临界温度下从低温绝缘相转变为高温金属相的特性，其电导率能够实现4~5个数量级的变化，将二氧化钒与超材料相互结合，能够满足可调谐性、高调制深度、多种调谐手段等优点。本文从二氧化钒的相变特性出发，归纳总结了二氧化钒在太赫兹超材料中的不同应用方向，主要包括可调谐太赫兹超材料吸波器、太赫兹调制器、太赫兹波前调控器以及可编程超材料，最后讨论了二氧化钒在太赫兹超材料应用中所面临的挑战和未来的发展方向。

黏土矿物因具有独特的微纳米结构、较大的比表面积和良好的热/化学稳定性等特点，其衍生纳米材料在锂离子电池负极材料领域的应用中展现出了巨大的潜力。本文综述了最新的国内外进展，重点介绍了黏土矿物衍生纳米材料的制备以及在锂离子电池负极材料领域的应用，并探讨了在商业化领域存在的挑战。

静电纺丝技术具有制造装置简单、成本低等特点，采用该法能够方便制备具有纳米结构的碳纳米纤维，并且还可以负载金属氧化物、金属硫化物等活性物质用作锂离子电池的负极材料。本文首先简要综述了静电纺丝技术的原理和影响参数，然后系统介绍了锂离子电池碳纳米纤维及其复合纤维的静电纺丝方法、结构特征和电化学性能，包括单质、金属氧化物、多元氧化物以及金属硫化物等常见的静电纺丝负极电极材料优缺点以及研究方法，最后介绍了静电纺丝技术制备负极材料面临的挑战和未来的发展。

制备大尺寸优质晶体是材料领域的重要课题，当前晶体生长仍十分依赖于技术人员的生长经验，耗时长，成本高，导致研制进度十分缓慢。随着计算机科学的发展，机器学习有望加快大尺寸晶体生长工艺的探索速度。本文概述了机器学习在晶体生长中的应用，重点介绍了进化算法和神经网络算法，并概括了国内外相关领域的研究成果。在晶体结构预测方面，已成功开发出晶体结构预测软件，如Crystal Structure Prediction Network（CRYSPNet）、Universal Structure Predictor: Evolutionary Xtallography（USPEX）和Crystal structure AnaLYsis by Particle Swarm Optimization（CALYPSO）。在晶体生长条件优化方面，机器学习已成功用于铸锭炉热场优化、SiC、YAG、Si单晶温场以及生长工艺参数优化，取得了显著的效果。在晶体生长控制方法方面，机器学习已成功改进了激光晶体、Si单晶的直径控制，并在Si单晶晶体质量控制以及模型的自适应控制方法方面也取得了一定的进展。机器学习具有高精度、高效率的特点，可避开复杂的物理化学过程，通过从大量数据中挖掘信息和规律，实现晶体结构预测、晶体生长条件优化以及晶体生长精准控制。但机器学习在晶体生长中的应用也面临诸多挑战，包括大尺寸多元复杂体系的晶体结构预测、模型物理解释和数据处理、晶体生长过程的物理机制和控制规律以及多因素的耦合和复杂系统的模拟等。

碳化硅（SiC）作为第三代半导体材料，不仅在化学性能上相对稳定，而且具有一系列突出的物理性能优势，如器件极限工作温度高、临界击穿电场强度大及热导率高等，是目前相对成熟且应用最广的宽禁带材料。为满足SiC在新能源汽车、太阳能光伏及风力发电等领域的大规模应用需求，高质量、大尺寸、低成本的SiC单晶生长工艺仍是未来研究重点。其中，高温溶液生长法（HTSG）获得的SiC单晶具有晶体位错少、易扩径且易实现P型掺杂、成本低等优势，弥补了物理气相传输法（PVT）生长出的晶体缺陷多且高能耗、高成本等不足。在HTSG法生长SiC单晶中，助溶剂的合理选择是提高SiC晶体生长效率与生长质量的关键因素；目前，常用的助溶液体系为Si-Cr二元或Si-Cr-Al三元体系。4H碳化硅（4H-SiC）作为一种典型的SiC晶体结构，存在一个六方格点和一个立方格点，且双原子层以ABCB-ABCB形式连接，这种排列方式使得4H-SiC晶体具有较高硬度及热稳定性。本文首先总结了HTSG法生长4H-SiC单晶中助溶剂的研究历程，然后从热力学角度分析了助溶液体系对晶体生长的影响，并归纳总结了针对助溶剂的研究所采用的不同方法，最后提出了HTSG法生长4H-SiC单晶中助溶剂研究的重点和难点。

质子陶瓷电池（PCCs）可广泛用于发电、储能和可持续化学合成等研究领域，其工作温度适中、效率高，具有广阔的应用前景。然而，在中低温时，PCCs氧电极的氧析出反应（OER）和氧还原反应（ORR）动力学缓慢，材料稳定性差，导致其难以高效、稳定地运行。因此，设计和开发活性高、稳定性良好的氧电极对促进PCCs技术的发展至关重要。本工作探讨了PCCs氧电极的材料组分、结构与电化学性能之间的关系，重点阐述了影响氧电极材料稳定性的因素，分别讨论了电解质-氧电极界面，氧电极在高湿度、含CO₂气氛和含Cr气氛下的稳定性，以及抑制其衰减的策略，并就氧电极材料设计及未来发展方向进行了展望。