低轨环境下的原子氧是造成聚酰亚胺薄膜被剥蚀失效的关键因素，硅氧烷涂层是对聚酰亚胺薄膜进行空间原子氧防护的重要手段。利用等离子体增强化学气相沉积的方法在聚酰亚胺薄膜基材上在不同氧气流量下制备了硅氧烷涂层，研究了氧气流量对涂层的沉积速率、断面形貌和成分的影响，对涂层样品开展了原子氧作用试验并测定了试验后的质量损失及表面形貌。研究结果表明，随着氧气流量的增加，涂层中的有机基团逐渐减少，同时SiO_x结构逐渐增多。经原子氧暴露试验发现，涂层中的有机基团易与原子氧发生反应形成气态产物，造成较高的质量损失，表现出涂层的质量损失随着氧气流量的增加呈现出指数衰减趋势。然而，过高的氧气流量下制备的涂层可能会具有较高的结构应力，使其在原子氧作用时产生裂纹，表现出质量损失的急剧升高。

为揭示ZnO白漆空间环境作用损伤机理，优化材料性能，采用空间环境辐照实验对ZnO颜料及硅酸钾包覆的氧化锌（KSZ）白漆空间环境效应及损伤机制进行了研究。电子、质子、紫外及原子氧作用后，ZnO颜料在425 nm左右产生了吸收峰，ZnO颜料中双电离锌空位（V_Zn^2-）在电子、质子、紫外辐照下发生电离，生成单电离锌空位（V′_Zn^-）是光学性能退化的主要机制，而原子氧作用使得V_Zn^2-极少一部分转化为V′_Zn^-，大部分转化为未电离锌空位（V_Zn⁰）。相对于紫外及原子氧辐照，质子和电子辐照对KSZ白漆性能影响较大。在质子剂量3.15×10¹⁶ p/cm²、电子剂量2.25×10¹⁶ e/cm²、紫外剂量5000当量太阳小时条件下，KSZ涂层太阳吸收比由0.12增加至0.27。

硅酸盐水泥长龄期服役能力研究，对于水泥矿物组成控制、混凝土配合比设计、建筑结构运维均具有重要的指导价值。对1916年建造于南京的国内首批钢筋混凝土建筑“和记洋行”的钢筋混凝土梁进行钻芯取样。对提取的混凝土芯样进行力学性能、抗渗透性能、微观形貌、化学组成、矿物组成、热稳定性能等测试，并进行了混凝土配合比的反解析，旨在探究由硅酸盐水泥制备的混凝土经历百年服役后，其宏观和微观性能现状以及混凝土性能的演变规律。结果表明：虽然和记洋行建造时所用混凝土的水灰比较大，但经历百年的服役历程后，混凝土的力学性能和抗渗透性能良好。混凝土水化产物中，除含有常规的C-S-H凝胶、CH晶体、AFt晶体、AFm晶体之外，还含有大量的碳酸钙晶体（包括方解石、文石、球霰石3种类型），说明混凝土在服役历程中逐渐被碳化。经历百年服役历程后，混凝土中依然含有未水化的Belite熟料矿物（水化度为69.4%），为混凝土强度的持续提升提供了物质基础，也说明由硅酸盐水泥制备的混凝土具有超百年的服役能力。

挤出式混凝土3D打印技术被认为是最可能实现大型建筑建造的主流工艺，缺少有效的配筋方法是该技术实用化的主要障碍之一。n型筋垂直贯入3D打印混凝土（3DPC）已被证明是行之有效的纵向配筋方法。为评价n型光圆钢筋布局方式对3DPC抗弯性能的影响，定义了钢筋不搭接贯穿度P_non和搭接贯穿度P_ovr，制备了P_non和P_ovr不同的8种试件，通过三点弯曲加载试验研究了贯穿度对配筋3DPC抗弯强度、荷载位移曲线以及断面形貌的影响。结果表明：不搭接的配筋方式对抗弯强度没有增强效果且破坏模式均为脆性破坏；当n型筋搭接布置时，3DPC的抗弯强度随贯穿度增加而增大，但钢筋的贯穿度对抗弯强度的提升存在一个饱和值。搭接n型筋增强3DPC的破坏模式为韧性破坏，并出现了明显的应变硬化特性。通过讨论得到了配筋率、钢筋贯穿度、3DPC基体抗弯强度对配筋3DPC抗弯强度的影响权重，还对比分析了n型筋（不搭接和搭接）、铆钉与短切直筋等4种纵向配筋方法对3DPC抗弯强度的提升效果，相关结果对配筋参数和方法的选择具有重要的参考价值和指导意义。

为了设计发展新型低钙水泥熟料，采用原位高温X射线衍射、扫描电子显微镜及热分析等，以硅酸盐水泥熟料中硅酸三钙（C₃S）、硅酸二钙（C₂S）等矿物为晶种，研究了硅酸盐水泥熟料添加对硫铝改性低钙硅酸盐水泥熟料的形成、矿物组成和微观结构等的影响及其机理。结果表明：硅酸盐水泥熟料的掺入促进了液相烧结，C₂S和硫铝酸钙（C₄A₃$）晶粒尺寸增大。在熟料晶种中C₂S和铁相的诱导作用下，C₂S和铁相的含量增加；由于熟料晶种中C₃S在低温分解，未能起到促进C₃S形成及其与C₄A₃$共存的作用，且当硅酸盐水泥熟料掺量为10%（质量分数）时，C₄A₃$含量明显降低。此外，由于化学成分固溶变化，熟料晶种促进稳定β-C₂S和o-C₄A₃$，但不利于高活性晶型矿物α′-C₂S和c-C₄A₃$的稳定。

在海洋水位变动环境下，氯离子在混凝土中的传输主要包括2种机制：浓度梯度产生的扩散和湿度梯度产生的毛细吸附。目前针对水位变动环境混凝土氯离子传输规律的研究，主要考虑扩散和水平向毛细吸附，忽视沿重力方向的竖向毛细吸附。为了研究其影响，利用自制的海洋潮汐循环模拟装置，设计了考虑和不考虑竖向毛细吸附的2种室内自然侵蚀试验。通过测定上述2组试验中氯离子浓度分布，确定混凝土氯离子浓度最高的区域，评估竖向毛细吸附对混凝土表面氯离子浓度C_s和氯离子扩散系数D_a的影响。结果表明：受竖向毛细吸附影响，混凝土中氯离子浓度最高的区域在最高水位以上0~50 mm段。竖向毛细吸附降低了水位变动区氯离子浓度，增加了最高水位以上区域的氯离子浓度。在水位变动区域，竖向毛细吸附使得混凝土表面离子浓度和氯离子扩散系数降低。在最高水位以上区域，竖向毛细吸附增大了混凝土表面氯离子浓度和氯离子扩散系数。基于Fick第二定律，建立了考虑竖向毛细吸附影响的混凝土氯离子传输经验模型，模型与试验数据吻合良好。

边壁效应使集料在模板附近与基体内部分布不同，造成混凝土微观结构和宏观性能的差异。为探究混凝土边壁效应对集料分布的影响，利用蒙特卡洛原理，构造了单形状-双尺寸、单形状-多尺寸卵球形集料堆积体系，研究了集料形状、尺寸和体积分数变化对边壁效应层厚度的影响。利用体视学理论和截面分析算法确定了边壁效应层厚度与粒子体积分数和平均直径的量化关系，建立了粒子分布密度的预测模型并验证了其可靠性。最后，应用边壁效应层厚度和粒子分布预测模型计算了混凝土不同位置处的弹性模量。统计分析可知，边壁效应层厚度随粒子的体积分数增加而减小，随着粒子的平均直径增大而增大，相比之下受粒子形状的影响较小。

地聚物混凝土化学组成复杂，力学性能影响因素较多，为探究不同条件下其力学性能变化规律，利用数值模拟进行研究。在构建非均质细观模型上假定混凝土由骨料、砂浆、混凝土界面过渡区三相组成，材料属性服从Weibull分布，并采用等效单元拟合求解非均质参数；通过多尺度建模，提出采用折减系数表征初始微孔洞对材料力学性能的影响；采用模拟正交法反推求解砂浆单元的力学性能参数。为验证非均质细观模型，进行了地聚物混凝土力学性能试验。基于验证后的非均质细观模型，进一步探讨了试件尺寸、骨料体积分数、初始微孔洞率等因素对地聚物混凝土力学性能的影响。结果表明：三维细观模型能准确描述地聚物混凝土的力学性能，所提出的模型构建和参数确定方法具有可靠性，对于模拟研究地聚物混凝土力学性能具有指导意义。

由于胶凝材料用量大、通常不使用粗骨料、缺乏模板保护且打印后立即暴露等原因，3D打印水泥基材料（3DPC）的收缩问题值得系统研究。为掌握典型材料组成对3DPC收缩的影响规律，采用接触式收缩测试方法，研究了水胶比、砂胶比、粉煤灰及矿渣粉掺量对3DPC总收缩、自收缩及干燥收缩的影响，基于灰色关联分析计算了材料组成对3DPC收缩的影响程度，对比分析了现有砂浆体系的收缩特性。结果发现增大3DPC的水胶比降低自收缩的作用大于干燥收缩。在3 d龄期后的干燥收缩随砂掺量的增加而减小。掺入粉煤灰可同比例地降低3DPC的14 d自收缩和干燥收缩，而掺入矿渣粉会增大2 d后的自收缩和5 d前的干燥收缩。材料组成影响3DPC收缩的权重从大到小为：水胶比、砂胶比、矿渣粉掺量、粉煤灰掺量。通过综合对比给出了3DPC、超高性能混凝土和浇筑砂浆的收缩当量，建议对3DPC的收缩研究予以重视。

随着太阳能广泛应用，寻找优良的光电转换材料一直为太阳能研究的重点。通过模板法和溶胶凝胶法在氟掺杂氧化锡上组装二氧化钛反蛋白石光子晶体，再在其晶体骨架低温沉积无定形二氧化钛形成无定型二氧化钛修饰的二氧化钛反蛋白石光子晶体电极。采用X射线衍射仪、X射线光电子能谱及扫描电子显微镜进行晶型、禁带及形貌表征；对电极进行光电流测试，并探讨了光电流增强原理。结果证明经过无定形二氧化钛修饰的二氧化钛反蛋白石光子晶体电极，不仅具有高比表面积，还降低了光生电子空穴的复合，使得电极光电流达到600 nA，比未修饰前提高了4倍。为基于非晶二氧化钛光电转换材料的应用提供了新思路。

碲镁镉（CdMgTe）晶体是一种理想的室温辐射探测新材料，但生长态晶体中仍然存在较多的缺陷，降低了探测器性能。采用多步骤组合退火方法对CdMgTe晶体进行退火改性，探讨了退火温度对晶体缺陷、力学、光学和电学性能的影响。结果表明，Cd气氛退火后晶体中的Te夹杂相大幅减少，红外透过率和电阻率明显下降，经Te气氛退火后Te夹杂相密度无明显变化，而红外透过率和电阻率则显著提高且优于生长态晶体。退火后，晶体表面未出现额外氧化，禁带宽度最大增加了0.021 eV，显微硬度最多提高了16%，Raman光谱测试表明晶体中出现了新缺陷，探测器性能出现了质的变化。最佳退火条件获得的CdMgTe晶体制作的平面探测器性能最好，电子迁移率达526.86 cm²/（V·s），能量分辨率和电子迁移率寿命积分别为15.6%和1.89×10^-4 cm²/V。

以镁钙耐火材料的基质部分为研究对象，采用35钙骨料、镁钙细粉和镁砂细粉为原料，向其中引入不同含量的回收废砖（0%~50%，质量分数），将其混合细磨后，制备了不同废砖加入量的镁钙耐火材料基质试样，并采用座滴法研究了高硅渣对不同废砖含量的镁钙耐火材料基质的熔蚀行为。结果表明：废砖的加入略微增大了高温液相量，促进了烧结过程，改变了气孔结构，进一步影响了镁钙耐火材料基质的抗渣熔蚀能力；当添加10%废砖时，试样气孔孔径最大（31.2 μm），孔面积占比15.9%，接触角最小，试样被熔蚀最深，熔蚀层厚度为488 μm，抗渣熔蚀性最差；随着废砖含量增大，略多的高温液相促进了基质烧结，使气孔面积减小，孔径更加均匀细小，这改善了基质的抗渣渗透性能，使熔蚀深度逐渐减小；当废砖含量为50%时，气孔孔径较小（24.6 μm），孔面积占比9.7%，大幅提升了基质抗渣熔蚀性能，使熔蚀层厚度仅为275 μm。最后，结合润湿角、熔蚀深度、气孔结构、MgO-CaO-SiO₂三元相图、熔蚀模型以及热力学模拟计算，提出了高硅渣对镁钙耐火材料基质部分的熔蚀行为与反应机理。

通过对比研究浑源窑黑釉剔花瓷与黑釉瓷的胎釉微观形貌、晶体种类及分布、釉玻璃相结构及釉中铁元素价态，解析胎釉的原料特点与釉的呈色机理，揭示剔花瓷与黑釉瓷的制备工艺的异同。结果表明：二者胎釉采用相似原料与烧成工艺，但剔花瓷釉中更高的CaO，在胎釉结构处分布的钙长石结晶层，有效增加了花纹与胎体的结合性；黑釉剔花瓷胎相对釉具有更高浓度TiO₂和更低浓度MnO₂与Fe₂O₃，使得剔花装饰形成强烈的黑白对比，具有浮雕之感。釉面分布的枝状ε-Fe₂O₃晶体，有效提高了釉面光泽度，进一步增强了装饰效果。此外，釉面还发现少量黑色镁铁尖晶石。

半导体光催化能够将可再生的太阳能转化为化学能，是解决能源危机和环境污染的技术之一。C₃N₅作为一种二维层状聚合物材料，具有优异的可见光吸收能力、较低的电子传输阻力以及良好的化学稳定性。然而，表面活性位点密度偏低和载流子复合率偏高抑制了C₃N₅的光催化活性，限制了工业化的应用。基于此，首先总结了C₃N₅的合成与结构，接着详细综述了近年来提升其光催化性能的改性策略：形貌调控、氮空位修饰、元素掺杂、构建异质结等，最后讨论了C₃N₅材料现阶段的制约点和未来能源转化领域的发展方向。

硅碳复合材料及化合物结合了硅的高储锂性能及碳的结构优异性，然而，其复杂的电化学行为和充放电过程中的体积变化为亟待解决的问题。第一性原理计算作为一种有效的理论工具，在预测和揭示电极材料特性、理解原子尺度电化学机理等方面发挥着重要作用。首先概述第一性原理计算方法，并结合学者近年来利用第一性原理对典型硅碳复合材料及化合物锂离子电池负极材料的研究成果，然后提出锂离子电池硅碳负极材料扩散动力学、界面反应、力学性能和热力学稳定性规律。再从密度泛函理论、算法结合和实验结合3方面对锂离子电池硅碳负极材料第一性原理计算进行了展望，期待开发出性能更优的新型硅碳负极材料，助力新能源领域发展。

电磁波技术快速发展带来便利，也带来了电磁污染和健康威胁，发展电磁波吸收材料对国家或人民的生存发展至关重要。生物质多孔碳材料由于其超低的密度、大的比表面积、丰富的来源和优异的介电损耗能力，在电磁波吸收方面显示出巨大的潜力。然而，人们通过改变生物质碳基复合材料的结构和成分调控其吸波性能的同时，对于生物质多孔碳材料的吸波机理的关注较为片面，尚未形成较为完整的体系。文章总结了近几年以生物质多孔碳作为吸波材料的吸波机理，包括阻抗匹配、界面极化、多次反射与散射、网络结构的导电性、孔隙尺寸调控吸波性能以及磁性介质/生物质衍生多孔碳材料的吸波机理；提出了在解释吸波性能方面的几个困惑和需要进一步解决的问题；同时还在生物质多孔碳材料吸波机理的基础上提出了改善生物质多孔碳材料电磁吸收性能的有前景的理论方法。该总结为生物质多孔碳吸波材料的研究，在理论方面提供较为完善的参考。

高延性水泥基复合材料（ECC）克服了普通混凝土延性差、裂缝控制能力弱的缺点，当前针对混凝土断裂力学的机理分析主要依据微、宏观试验数据进行，但该过程耗时耗力且无法直观展示开裂过程中纤维-基体间的应力传递及异相物质间的分子或原子交互作用，而计算机模拟技术凭借高效、可视化、低成本的优势为精准预测、深入分析试验结果提供了强力支撑。为全面了解当前ECC拉伸开裂行为多尺度模拟的研究现状，将分子动力学、数值模拟（有限元模拟）、近场动力学和人工神经网络按纳、介、宏观3类尺度、4类方法分类概述其对ECC拉伸开裂行为的模拟。纳观尺度方面，分子动力学从分子或原子层面出发，着重分析未改性及改性纤维对ECC变形过程中纤维-基体界面结合性能的影响机理。介观尺度方面，数值（有限元）模拟重点关注纤维、基体及其界面特性等宏、细观因素对ECC拉伸应变硬化行为的影响规律。宏观尺度方面：近场动力学模拟针对ECC多缝开裂特性研究较少，其主要基于非局部作用分析了普通及纤维增强混凝土在不同方向荷载下的开裂演化行为；人工神经网络对ECC的力学性能预测有一定研究，但该方法主要通过建立预测模型，实现混凝土配合比设计并预测相关参数与力学性能之间的关联性。同时，论述了4种模拟技术在ECC拉伸开裂行为中的不足及发展趋势。

在严寒或寒冷地区，混凝土的抗冻融破坏耐久性是决定混凝土结构使用寿命的重要因素。本文总结了近年来国内外关于混凝土冻融破坏理论的进展，基于不同作用机理分析了孔结构、含气量、饱水率对混凝土抗冻融破坏性能的直接影响以及混凝土内部的组成成分、外界因素、养护条件以及多种组合作用对混凝土抗冻融破坏性能的间接影响，概述了近几年混凝土冻融损伤模型，最后提出提升混凝土抗冻融破坏性能的方法。现有研究表明冻融循环过程中的水相转变是混凝土冻融破坏的主要原因；孔结构直接影响混凝土抗冻融破坏性，其中气泡间距系数与混凝土抗冻融破坏显著相关，是影响混凝土抗冻融破坏性能的决定性因素；混凝土所中使用的骨料、矿物掺合料、化学外加剂、纳米材料、纤维、水灰比及表面涂层都会影响混凝土的抗冻融破坏性能；养护条件、冻融温度和速率等实验方案和盐冻等组合作用也会对抗冻融破坏性能产生影响。

作为硅酸盐水泥最主要的水化产物，水化硅（铝）酸钙［C-（A-）S-H］及其在杂质离子作用下的微纳结构演变决定了水泥基材料的各项性能。近年来，在大量先进表征技术、计算机模拟以及机器学习技术加成下，C-（A-）S-H微纳结构模型发展迅速。随着对C-（A-）S-H微纳结构认识的不断深入，杂质离子作用下C-（A-）S-H微纳结构演变规律逐渐清晰。本文总结了C-（A-）S-H的微纳结构表征、微纳结构模型发展、杂质离子作用对其微纳结构的影响机制和面向海洋服役环境的硅酸盐水泥基材料延寿策略，分析了当前研究进展及未来发展方向，旨在为硅酸盐水泥基材料的性能精准调控提供理论借鉴。

钢筋阻锈剂因施工方便、经济有效等优势成为人们控制钢筋腐蚀，延长钢筋混凝土结构使用寿命的主要手段之一。深入研究阻锈剂作用机理，开发新型腐蚀防护材料对于钢筋混凝土结构耐久性提升和节约资源具有重要的实际意义。随着计算机技术不断进步，分子动力学模拟在阻锈剂研究中被广泛应用，可以从原子层面阐述阻锈剂作用机理，实现材料调控和试验设计。本综述概述了分子动力学模拟基本原理、常用公式和应用流程，重点综述了近年来分子动力学模拟在钢筋阻锈剂机理研究和性能筛选中的应用研究现状。最后，对分子动力学模拟在钢筋阻锈剂中的研究及应用进行展望，以期为模拟技术在钢筋阻锈剂发展进步中提供理论支撑。