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摘要:
超疏水材料由于其超高的防水性在工业防腐等领域展现出巨大的应用前景，然而在实际使用过程中，涂层表面的微纳结构和低表面能物质会被不断损耗从而影响超疏水性能。本文主要以聚多巴胺(PDA)包裹的芳纶纳米纤维(ANFs)作为一种微纳米构筑单元，在其上通过溶胶凝胶法原位生长纳米SiO2，并通过对其进行低表面能改性构建“葡萄”形超疏水结构，最后通过“粘接剂-超疏水粒子”喷涂得到超疏水涂层。当正硅酸乙酯(TEOS)添加量为2.1wt%时，超疏水涂层的接触角(WCA)为158°±1.5°。所制得的涂层具有良好的力学性能，在分别经过200 g砝码在25 μm砂纸下的240次磨损和400 g砂冲实验，仍能保持良好的超疏水性能。通过Nyquist测试表明样片阻抗弧明显变大、Tafel测试表明腐蚀电位正移，喷涂超疏水涂层后能够有效提升防腐性能。
超疏水材料由于其超高的防水性在工业防腐等领域展现出巨大的应用前景，然而在实际使用过程中，涂层表面的微纳结构和低表面能物质会被不断损耗从而影响超疏水性能。本文主要以聚多巴胺(PDA)包裹的芳纶纳米纤维(ANFs)作为一种微纳米构筑单元，在其上通过溶胶凝胶法原位生长纳米SiO2，并通过对其进行低表面能改性构建“葡萄”形超疏水结构，最后通过“粘接剂-超疏水粒子”喷涂得到超疏水涂层。当正硅酸乙酯(TEOS)添加量为2.1wt%时，超疏水涂层的接触角(WCA)为158°±1.5°。所制得的涂层具有良好的力学性能，在分别经过200 g砝码在25 μm砂纸下的240次磨损和400 g砂冲实验，仍能保持良好的超疏水性能。通过Nyquist测试表明样片阻抗弧明显变大、Tafel测试表明腐蚀电位正移，喷涂超疏水涂层后能够有效提升防腐性能。
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本文以超支化聚乙烯亚胺(Polyethyleneimine, PEI)改性的聚磷酸铵(Ammonium polyphosphate, APP)为阻燃剂(PEI/APP)、以酚醛树脂(Phenol formaldehyde resin, PF)为胶黏剂制备定向刨花板(Oriented strand boards, OSB)。采用DSC探讨了PEI/APP对酚醛树脂固化过程的影响，PEI/APP能够与PF形成分子间的氢键和亚胺键(C=N)促进酚醛树脂的固化过程，使其等温固化时的放热峰温度降低至71.6℃，终止固化温度降低至74.1℃。采用力学性能分析仪、数字图像相关(Digital image correlation, DIC)和X射线计算机断层扫描扫描仪(X-ray computed tomography, X-CT)探究OSB的力学性能及其增强机制。相比于APP添加量为9%的定向刨花板，PEI/APP添加量为9%的OSB主向(L)和次向(H)的弹性模量分别提高了21.1%和20.7%；主向和次向的弯曲强度分布提高了10.8%和19.6%，内结合强度提高了6.9%，吸水厚度膨胀率降低了37.9%。DIC显示，OSB在承受弯曲载荷时，应变积累主要发生在顶层和底层，然后沿着或穿过中心层传播。主向的顶层和底层结构变化为股线分层或折断，次向上仅出现折断。X-CT测试结果显示，PEI/APP和PF树脂均匀分散在OSB的表层和芯层。因此，超支化改性提高了APP与大片刨花、PF树脂之间的界面结合，使得应变沿着中心层的传递更明显，中心层吸收载荷能量，从而提高了OSB的弯曲强度。采用LOI和锥形量热仪测试了OSB的阻燃性能，当PEI/APP添加量为9%时，OSB的极限氧指数为46.3%，热释放速率峰值为188.5 kW/m2，相比于APP添加量为9%的OSB，其极限氧指数提高了27.9%，热释放速率峰值降低了14.2%。超支化改性APP能够促使OSB脱水炭化产生连续致密的膨胀炭层，同时产生NH3，实现气相和凝聚相的协同阻燃。阻燃高强的定向刨花板在绿色建筑、家居、交通应用领域具有十分广阔的应用前景。
本文以超支化聚乙烯亚胺(Polyethyleneimine, PEI)改性的聚磷酸铵(Ammonium polyphosphate, APP)为阻燃剂(PEI/APP)、以酚醛树脂(Phenol formaldehyde resin, PF)为胶黏剂制备定向刨花板(Oriented strand boards, OSB)。采用DSC探讨了PEI/APP对酚醛树脂固化过程的影响，PEI/APP能够与PF形成分子间的氢键和亚胺键(C=N)促进酚醛树脂的固化过程，使其等温固化时的放热峰温度降低至71.6℃，终止固化温度降低至74.1℃。采用力学性能分析仪、数字图像相关(Digital image correlation, DIC)和X射线计算机断层扫描扫描仪(X-ray computed tomography, X-CT)探究OSB的力学性能及其增强机制。相比于APP添加量为9%的定向刨花板，PEI/APP添加量为9%的OSB主向(L)和次向(H)的弹性模量分别提高了21.1%和20.7%；主向和次向的弯曲强度分布提高了10.8%和19.6%，内结合强度提高了6.9%，吸水厚度膨胀率降低了37.9%。DIC显示，OSB在承受弯曲载荷时，应变积累主要发生在顶层和底层，然后沿着或穿过中心层传播。主向的顶层和底层结构变化为股线分层或折断，次向上仅出现折断。X-CT测试结果显示，PEI/APP和PF树脂均匀分散在OSB的表层和芯层。因此，超支化改性提高了APP与大片刨花、PF树脂之间的界面结合，使得应变沿着中心层的传递更明显，中心层吸收载荷能量，从而提高了OSB的弯曲强度。采用LOI和锥形量热仪测试了OSB的阻燃性能，当PEI/APP添加量为9%时，OSB的极限氧指数为46.3%，热释放速率峰值为188.5 kW/m2，相比于APP添加量为9%的OSB，其极限氧指数提高了27.9%，热释放速率峰值降低了14.2%。超支化改性APP能够促使OSB脱水炭化产生连续致密的膨胀炭层，同时产生NH3，实现气相和凝聚相的协同阻燃。阻燃高强的定向刨花板在绿色建筑、家居、交通应用领域具有十分广阔的应用前景。
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本研究制备了一种以磁性壳聚糖为基材的多孔复合材料，通过在其表面涂覆聚多巴胺涂层替代传统的交联剂，用于脂肪酶的固定化研究。该材料具有优异的孔结构和较大的比表面积，孔容积可达0.6028 mL/g，比表面积可达106.8239 m2/g，经优化后固定化脂肪酶的酶活可达7392.91±121.22 U/g-载体。进一步探究了固定化酶的酶学性质，得到最佳反应温度为50 ℃，最佳反应pH为7.0，制备的固定化酶具有优异的热稳定性和pH稳定性，经过5次循环使用后，该固定化酶可以保持80%以上的初始酶活，经过10次循环使用后仍能保持52%的初始酶活。最后，将固定化酶应用于生物柴油转化并优化了相关工艺参数。
本研究制备了一种以磁性壳聚糖为基材的多孔复合材料，通过在其表面涂覆聚多巴胺涂层替代传统的交联剂，用于脂肪酶的固定化研究。该材料具有优异的孔结构和较大的比表面积，孔容积可达0.6028 mL/g，比表面积可达106.8239 m2/g，经优化后固定化脂肪酶的酶活可达7392.91±121.22 U/g-载体。进一步探究了固定化酶的酶学性质，得到最佳反应温度为50 ℃，最佳反应pH为7.0，制备的固定化酶具有优异的热稳定性和pH稳定性，经过5次循环使用后，该固定化酶可以保持80%以上的初始酶活，经过10次循环使用后仍能保持52%的初始酶活。最后，将固定化酶应用于生物柴油转化并优化了相关工艺参数。
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研究了不同煅烧温度(200℃和800℃)电解锰渣(EMR)火山灰活性及掺入0wt%、10wt%、20wt% EMR水泥胶砂在80℃蒸养7 h、7 d和标准养护3 d、28 d条件下力学性能、水化产物与孔隙特征分布。采用低场核磁共振技术、XRD定量表征及SEM微观形貌共同揭示了EMR对水泥胶砂的水化产物、孔径分布及孔隙率等影响规律，并探究了不同养护条件对EMR水泥胶砂水化进程的影响。结果表明：800℃煅烧EMR火山灰活性明显高于200℃煅烧火山灰活性，当800℃煅烧EMR替代量为10wt%时，初凝、终凝时间和标准稠度用水量分别为对照组的1.52、1.06和1.05倍，而蒸养7 h、7 d抗压强度分别高于标养3 d和28 d抗压强度，而抗折强度仅仅在蒸养7 d时高于对照组17.3%；纯水泥胶砂的水化产物主要为纤维状C-S-H和片状CH，而EMR水泥胶砂中由于硫酸盐含量较高，除了上述水化产物之外，在蒸养或标养条件下均可观察到石膏相与针棒状AFt的存在，标准养护28d时，CH、AFt和无定性含量分别为14.50%、11.75%和46.25%，与蒸养7 d衍射峰基本相似。另外，蒸养7 h与标准养护3 d对比孔隙率减少1.44%，蒸养7 d与标准养护28 d对比孔隙率减少0.06%。综上，蒸养可以提高800℃煅烧EMR火山灰活性，同时还可以加速EMR水泥胶砂的水化进程和细化其内部孔结构，进而提高了胶砂的力学性能。
研究了不同煅烧温度(200℃和800℃)电解锰渣(EMR)火山灰活性及掺入0wt%、10wt%、20wt% EMR水泥胶砂在80℃蒸养7 h、7 d和标准养护3 d、28 d条件下力学性能、水化产物与孔隙特征分布。采用低场核磁共振技术、XRD定量表征及SEM微观形貌共同揭示了EMR对水泥胶砂的水化产物、孔径分布及孔隙率等影响规律，并探究了不同养护条件对EMR水泥胶砂水化进程的影响。结果表明：800℃煅烧EMR火山灰活性明显高于200℃煅烧火山灰活性，当800℃煅烧EMR替代量为10wt%时，初凝、终凝时间和标准稠度用水量分别为对照组的1.52、1.06和1.05倍，而蒸养7 h、7 d抗压强度分别高于标养3 d和28 d抗压强度，而抗折强度仅仅在蒸养7 d时高于对照组17.3%；纯水泥胶砂的水化产物主要为纤维状C-S-H和片状CH，而EMR水泥胶砂中由于硫酸盐含量较高，除了上述水化产物之外，在蒸养或标养条件下均可观察到石膏相与针棒状AFt的存在，标准养护28d时，CH、AFt和无定性含量分别为14.50%、11.75%和46.25%，与蒸养7 d衍射峰基本相似。另外，蒸养7 h与标准养护3 d对比孔隙率减少1.44%，蒸养7 d与标准养护28 d对比孔隙率减少0.06%。综上，蒸养可以提高800℃煅烧EMR火山灰活性，同时还可以加速EMR水泥胶砂的水化进程和细化其内部孔结构，进而提高了胶砂的力学性能。
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为控制星载天线反射面的热变形，本文以一口径为1200 mm的正方形格栅反射面为研究对象，首先，确定了预测反射面热变形的有限元建模策略，计算了反射面在三种不同温度荷载下的型面热变形均方根(RMS)。在此基础上提供了一种新的有限元建模策略——层合板等效方式，求出层合板的等效弹性模量和等效热膨胀系数。其次，以正方形格栅反射面为原型对格栅芯子进行拓扑优化，并与其他三种几何形状的芯子进行了比较，发现正方形格栅反射面为最优的结构形式。然后，对正方形格栅反射面做参数优化，找出了最优的正方形格栅单胞尺寸、蒙皮铺层方式、正方形格栅铺层方式和胶层厚度。最后，对正方形格栅反射面做热稳定性指标置信度分析，得到RMS的概率密度函数分布图和各个设计参数的贡献率Pareto图，找出了影响反射面型面热变形的关键因素。
为控制星载天线反射面的热变形，本文以一口径为1200 mm的正方形格栅反射面为研究对象，首先，确定了预测反射面热变形的有限元建模策略，计算了反射面在三种不同温度荷载下的型面热变形均方根(RMS)。在此基础上提供了一种新的有限元建模策略——层合板等效方式，求出层合板的等效弹性模量和等效热膨胀系数。其次，以正方形格栅反射面为原型对格栅芯子进行拓扑优化，并与其他三种几何形状的芯子进行了比较，发现正方形格栅反射面为最优的结构形式。然后，对正方形格栅反射面做参数优化，找出了最优的正方形格栅单胞尺寸、蒙皮铺层方式、正方形格栅铺层方式和胶层厚度。最后，对正方形格栅反射面做热稳定性指标置信度分析，得到RMS的概率密度函数分布图和各个设计参数的贡献率Pareto图，找出了影响反射面型面热变形的关键因素。
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中国是农业大国，每年都会产生大量的玉米秸秆，亟需提高其综合利用率。玉米秸秆焚烧后的残渣具有潜在的火山灰活性，可望改善混凝土的性能。然而，玉米秸秆灰含有一定的杂质，不利于混凝土的相关性能，需要进行改性处理。为了减少杂质的影响，对玉米秸秆灰进行柠檬酸浸泡处理，对比分析了原状玉米秸秆灰和酸浸玉米秸秆灰在水泥基材料中的作用机制。结果表明：采用柠檬酸改性技术可以有效地减少玉米秸秆灰中的杂质，并能够提高水泥基材料的强度。随着玉米秸秆灰掺量的增加，试样基体的水化硅酸钙峰值面积先增大后降低，而界面过渡区处水化硅酸钙的Ca/Si比值则先减小后增大。同时，试样的孔隙率不断增大，抗压强度则先增大后降低。当玉米秸秆灰掺量为15wt%时，水泥基材料的强度达到最大。与掺入原状玉米秸秆灰的试样相比，掺入酸浸玉米秸秆灰试样基体的水化硅酸钙峰值面积更大，而界面过渡区处水化硅酸钙的Ca/Si比值下降了15.25%-26.72%。另外，试样的最可几孔径更小，抗压强度提高了2.53%-12.86%。本研究可降低玉米秸秆灰杂质对混凝土相关性能的不利影响，并为玉米秸秆灰在混凝土中的应用提供了理论基础。
中国是农业大国，每年都会产生大量的玉米秸秆，亟需提高其综合利用率。玉米秸秆焚烧后的残渣具有潜在的火山灰活性，可望改善混凝土的性能。然而，玉米秸秆灰含有一定的杂质，不利于混凝土的相关性能，需要进行改性处理。为了减少杂质的影响，对玉米秸秆灰进行柠檬酸浸泡处理，对比分析了原状玉米秸秆灰和酸浸玉米秸秆灰在水泥基材料中的作用机制。结果表明：采用柠檬酸改性技术可以有效地减少玉米秸秆灰中的杂质，并能够提高水泥基材料的强度。随着玉米秸秆灰掺量的增加，试样基体的水化硅酸钙峰值面积先增大后降低，而界面过渡区处水化硅酸钙的Ca/Si比值则先减小后增大。同时，试样的孔隙率不断增大，抗压强度则先增大后降低。当玉米秸秆灰掺量为15wt%时，水泥基材料的强度达到最大。与掺入原状玉米秸秆灰的试样相比，掺入酸浸玉米秸秆灰试样基体的水化硅酸钙峰值面积更大，而界面过渡区处水化硅酸钙的Ca/Si比值下降了15.25%-26.72%。另外，试样的最可几孔径更小，抗压强度提高了2.53%-12.86%。本研究可降低玉米秸秆灰杂质对混凝土相关性能的不利影响，并为玉米秸秆灰在混凝土中的应用提供了理论基础。
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复合材料夹芯结构由于其优异的比强度，比刚度及较小的表观密度的优点而广泛应用于航空航天、船舶等各个领域。本文从理论研究、仿真分析、实验研究这三个方面出发，综述了蜂窝、泡沫、点阵、褶皱四种夹芯结构在准静态稳定性研究方面的现状。蜂窝夹芯结构的研究较为成熟，进一步的研究应集中于应用领域；泡沫夹芯结构在面芯问题方面有待增强，可考虑纤维缝合技术；褶皱夹芯结构理论方面有待进一步研究，潜力巨大；点阵夹芯结构较其它结构抗屈曲能力更强，但是依然存在面芯粘接问题。复合材料夹芯结构在准静态稳定性方面的问题主要集中在面芯粘接方面，纤维缝合技术可以有效增强面芯性能，该方面的研究对增强复合材料夹芯结构稳定性有较强的潜力。
复合材料夹芯结构由于其优异的比强度，比刚度及较小的表观密度的优点而广泛应用于航空航天、船舶等各个领域。本文从理论研究、仿真分析、实验研究这三个方面出发，综述了蜂窝、泡沫、点阵、褶皱四种夹芯结构在准静态稳定性研究方面的现状。蜂窝夹芯结构的研究较为成熟，进一步的研究应集中于应用领域；泡沫夹芯结构在面芯问题方面有待增强，可考虑纤维缝合技术；褶皱夹芯结构理论方面有待进一步研究，潜力巨大；点阵夹芯结构较其它结构抗屈曲能力更强，但是依然存在面芯粘接问题。复合材料夹芯结构在准静态稳定性方面的问题主要集中在面芯粘接方面，纤维缝合技术可以有效增强面芯性能，该方面的研究对增强复合材料夹芯结构稳定性有较强的潜力。
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混凝土配合比决定其成本、工作性能、力学性能和耐久性能，传统混凝土配合比优化方法是通过大量实验室试验，需要消耗大量时间、人力和资源。为了解决上述问题，利用机器学习和元启发式优化算法进行混凝土配合比优化已被证明是一种具有广阔前景的技术手段。本文全面回顾了有关混凝土配合比设计和优化方面的研究。首先，讨论了常用的机器学习和元启发式算法的基本工作原理和优势。然后，归纳总结了基于机器学习和元启发式算法在单一目标、多目标优化各种类型混凝土配合比方面的应用。最后，结合当前的技术水平，强调并讨论了推进混凝土配合比设计和优化领域的当前趋势和机遇，为机器学习技术在混凝土领域的更深层次的开发和应用提供了依据。
混凝土配合比决定其成本、工作性能、力学性能和耐久性能，传统混凝土配合比优化方法是通过大量实验室试验，需要消耗大量时间、人力和资源。为了解决上述问题，利用机器学习和元启发式优化算法进行混凝土配合比优化已被证明是一种具有广阔前景的技术手段。本文全面回顾了有关混凝土配合比设计和优化方面的研究。首先，讨论了常用的机器学习和元启发式算法的基本工作原理和优势。然后，归纳总结了基于机器学习和元启发式算法在单一目标、多目标优化各种类型混凝土配合比方面的应用。最后，结合当前的技术水平，强调并讨论了推进混凝土配合比设计和优化领域的当前趋势和机遇，为机器学习技术在混凝土领域的更深层次的开发和应用提供了依据。
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超高性能混凝土(Ultra-high performance concrete, UHPC)具备优异的力学与抗渗性能，在混凝土结构补强加固工程中有着广阔的应用前景，如何提高UHPC与既有基体间的粘结性能成为土木工程领域普遍关心的重要课题。本文利用标准养护条件制备的试件开展试验研究，首先研究了UHPC水胶比与混凝土基体初始含水饱和度对二者间界面剪切强度的影响规律。此外，选取特定配合比的UHPC，研究了其与不同饱和度混凝土间界面剪切强度随龄期的演化规律。向UHPC中掺入预湿轻骨料以实现内养护，考虑UHPC中轻骨料取代率、混凝土基体含水饱和度的影响，研究了不同龄期养护后轻骨料UHPC与混凝土基体间界面剪切强度的演化规律。利用扫描电镜技术观测了UHPC与混凝土间界面的微结构。结果表明：(1)对于未掺轻骨料的UHPC：不论水胶比如何变化，其与饱水基体间的界面剪切强度最高，而与干燥基体间的界面剪切强度最低；其与干燥基体间的界面剪切强度随水胶比的升高而降低，与预湿基体间的界面剪切强度随水胶比的升高而先增长后降低。(2)水胶比为0.154的UHPC与不同饱和度基体间28 d时的界面剪切强度均较7 d时显著增长；90 d时，其仅与50%饱和度基体间的界面剪切强度进一步显著增长。(3)低轻骨料取代率能够提高UHPC与干燥基体间7 d时的界面剪切强度，而高轻骨料取代率能够显著提高UHPC与干燥基体间28 d和90 d时的界面剪切强度；28 d和90 d时，轻骨料UHPC与50%饱和度基体间的界面剪切强度显著高于干燥基体；7 d时，不同轻骨料取代率的UHPC与饱水基体间便可形成一定的界面剪切强度，且该强度在28 d和90 d时均进一步增长。
超高性能混凝土(Ultra-high performance concrete, UHPC)具备优异的力学与抗渗性能，在混凝土结构补强加固工程中有着广阔的应用前景，如何提高UHPC与既有基体间的粘结性能成为土木工程领域普遍关心的重要课题。本文利用标准养护条件制备的试件开展试验研究，首先研究了UHPC水胶比与混凝土基体初始含水饱和度对二者间界面剪切强度的影响规律。此外，选取特定配合比的UHPC，研究了其与不同饱和度混凝土间界面剪切强度随龄期的演化规律。向UHPC中掺入预湿轻骨料以实现内养护，考虑UHPC中轻骨料取代率、混凝土基体含水饱和度的影响，研究了不同龄期养护后轻骨料UHPC与混凝土基体间界面剪切强度的演化规律。利用扫描电镜技术观测了UHPC与混凝土间界面的微结构。结果表明：(1)对于未掺轻骨料的UHPC：不论水胶比如何变化，其与饱水基体间的界面剪切强度最高，而与干燥基体间的界面剪切强度最低；其与干燥基体间的界面剪切强度随水胶比的升高而降低，与预湿基体间的界面剪切强度随水胶比的升高而先增长后降低。(2)水胶比为0.154的UHPC与不同饱和度基体间28 d时的界面剪切强度均较7 d时显著增长；90 d时，其仅与50%饱和度基体间的界面剪切强度进一步显著增长。(3)低轻骨料取代率能够提高UHPC与干燥基体间7 d时的界面剪切强度，而高轻骨料取代率能够显著提高UHPC与干燥基体间28 d和90 d时的界面剪切强度；28 d和90 d时，轻骨料UHPC与50%饱和度基体间的界面剪切强度显著高于干燥基体；7 d时，不同轻骨料取代率的UHPC与饱水基体间便可形成一定的界面剪切强度，且该强度在28 d和90 d时均进一步增长。
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随着通信技术和移动电子设备的不断发展，电磁干扰问题日益突显，因此研发高性能的电磁屏蔽材料成为当前重要的研究方向。本文采用简单的真空过滤方法，成功制备了高导电性能的MXene/聚吡咯(PPy)@细菌纤维素(BC)薄膜(MPB)，深入研究了MXene和PPy@BC不同比例对复合薄膜导电性能、力学性能和电磁屏蔽性能的影响规律。研究表明:当MXene和PPy@BC比例为3∶1时，电导率和X波段电磁屏蔽效能(EMI SE)均达到最大值，分别1209 S/cm和63.89 dB；此外，由于PPy@BC和MXene之间存在丰富的氢键相互作用，使得复合薄膜的最大抗拉强度可达到24.73 MPa，较纯MXene薄膜提升了近10倍。MPB薄膜优异的综合性能展示了其在下一代智能和可穿戴电子产品的EMI屏蔽方面的巨大潜力。
随着通信技术和移动电子设备的不断发展，电磁干扰问题日益突显，因此研发高性能的电磁屏蔽材料成为当前重要的研究方向。本文采用简单的真空过滤方法，成功制备了高导电性能的MXene/聚吡咯(PPy)@细菌纤维素(BC)薄膜(MPB)，深入研究了MXene和PPy@BC不同比例对复合薄膜导电性能、力学性能和电磁屏蔽性能的影响规律。研究表明:当MXene和PPy@BC比例为3∶1时，电导率和X波段电磁屏蔽效能(EMI SE)均达到最大值，分别1209 S/cm和63.89 dB；此外，由于PPy@BC和MXene之间存在丰富的氢键相互作用，使得复合薄膜的最大抗拉强度可达到24.73 MPa，较纯MXene薄膜提升了近10倍。MPB薄膜优异的综合性能展示了其在下一代智能和可穿戴电子产品的EMI屏蔽方面的巨大潜力。
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为了改善壳聚糖的水溶性，拓展其在造纸领域的应用，本研究以壳聚糖(CS)为主要原料，采用氯乙酸作为醚化剂，在碱性条件下进行羧甲基化反应，通过控制反应温度、时间和pH值来得到不同取代位点的羧甲基壳聚糖(CMCS)，利用红外光谱和核磁氢谱对CMCS产物进行结构表征和分析，并测定了其取代度及在水中的溶解度；最后将制备好的CMCS作为添加剂用于透析纸的制备，研究其用量对透析纸物理强度、透气度及抗菌性能的影响。结果表明：添加不同取代位点的羧甲基壳聚糖对透析纸的强度均有所改善，相对于氨基位取代的CMCS(N-CMCS)和氨基及羟基位同时取代的CMCS(N,O-CMCS)，添加羟基位取代的CMCS(O-CMCS)对透析纸的增强效果最为显著。当O-CMCS添加量为2.5% 时，纸张的干、湿抗张强度、耐破指数分别为61.6 N·m·g−1、8.61 N·m·g−1和6.19 kPa·m2·g−1，比未添加时分别提高了18.8%、113%和91.0%；纸张的透气度为7.98 µm·(Pa·s) −1，满足透析纸的高透气性要求。此外，添加O-CMCS、N-CMCS 和 N,O-CMCS的纸张均具有较好的抗菌性，对大肠杆菌的抑菌率分别达到86.7%、83.8%和83.6%。
为了改善壳聚糖的水溶性，拓展其在造纸领域的应用，本研究以壳聚糖(CS)为主要原料，采用氯乙酸作为醚化剂，在碱性条件下进行羧甲基化反应，通过控制反应温度、时间和pH值来得到不同取代位点的羧甲基壳聚糖(CMCS)，利用红外光谱和核磁氢谱对CMCS产物进行结构表征和分析，并测定了其取代度及在水中的溶解度；最后将制备好的CMCS作为添加剂用于透析纸的制备，研究其用量对透析纸物理强度、透气度及抗菌性能的影响。结果表明：添加不同取代位点的羧甲基壳聚糖对透析纸的强度均有所改善，相对于氨基位取代的CMCS(N-CMCS)和氨基及羟基位同时取代的CMCS(N,O-CMCS)，添加羟基位取代的CMCS(O-CMCS)对透析纸的增强效果最为显著。当O-CMCS添加量为2.5% 时，纸张的干、湿抗张强度、耐破指数分别为61.6 N·m·g−1、8.61 N·m·g−1和6.19 kPa·m2·g−1，比未添加时分别提高了18.8%、113%和91.0%；纸张的透气度为7.98 µm·(Pa·s) −1，满足透析纸的高透气性要求。此外，添加O-CMCS、N-CMCS 和 N,O-CMCS的纸张均具有较好的抗菌性，对大肠杆菌的抑菌率分别达到86.7%、83.8%和83.6%。
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工业化的不断扩张导致水污染率急剧上升，水体质量不断下降，而人类对淡水资源的需求却与日俱增。面对复杂严峻的水污染形势，各种水处理技术迅速发展。功能材料作为水处理技术发展的基础，越来越受到重视。各类功能材料具有独特的优势，在水污染处理中具有不同的处理作用和效果，但也存在不同的缺陷。本文旨在总结几类类功能材料在工业废水领域的有效处理效果，阐述几类功能材料的优缺点，并展望未来可能的研究和探索方向。
工业化的不断扩张导致水污染率急剧上升，水体质量不断下降，而人类对淡水资源的需求却与日俱增。面对复杂严峻的水污染形势，各种水处理技术迅速发展。功能材料作为水处理技术发展的基础，越来越受到重视。各类功能材料具有独特的优势，在水污染处理中具有不同的处理作用和效果，但也存在不同的缺陷。本文旨在总结几类类功能材料在工业废水领域的有效处理效果，阐述几类功能材料的优缺点，并展望未来可能的研究和探索方向。
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半导体光催化材料已成为有效应对环境污染和能源危机关键技术的核心要素。其中，石墨相氮化碳(g-C3N4)作为一种新兴的高效催化材料展现出了巨大的应用潜力。然而，未改性的g-C3N4存在诸如可见光响应范围有限、活性位点偏少以及光生载流子复合速率高等缺点，严重制约了其实际应用。为了解决上述问题，研究人员采取了多种策略，如设计和开发异质结构、实施缺陷工程和进行形貌调控等。其中，缺陷调控因能有效地调制光催化材料的电子能带结构、延缓载流子的复合和增加表面活性位点等原因备受关注。本文阐述了缺陷修饰的类型、缺陷调控策略，最后对g-C3N4基材料的开发和光催化应用进行了总结并给出了展望。
半导体光催化材料已成为有效应对环境污染和能源危机关键技术的核心要素。其中，石墨相氮化碳(g-C3N4)作为一种新兴的高效催化材料展现出了巨大的应用潜力。然而，未改性的g-C3N4存在诸如可见光响应范围有限、活性位点偏少以及光生载流子复合速率高等缺点，严重制约了其实际应用。为了解决上述问题，研究人员采取了多种策略，如设计和开发异质结构、实施缺陷工程和进行形貌调控等。其中，缺陷调控因能有效地调制光催化材料的电子能带结构、延缓载流子的复合和增加表面活性位点等原因备受关注。本文阐述了缺陷修饰的类型、缺陷调控策略，最后对g-C3N4基材料的开发和光催化应用进行了总结并给出了展望。
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研究通过混杂碳纤维(Carbon Fiber，CF)和聚乙烯纤维(Polyethylene Fiber，PE)制备出高强高韧性混凝土(High strength and high ductility concrete，HSHDC)，并对其力学性能及机敏性特性进行了分析。研究表明0.25vol%CF掺量HSHDC的抗压强度较对照组提升7%、抗折强度增加13%、拉伸应变提高15.2%。HSHDC的电阻率值随CF掺量增加而显著降低，1.0vol%CF掺量HSHDC的电阻率值下降至10 Ω·m，较对照组降低三个数量级。在不同温度与相对含水率下，掺有CF的HSHDC电阻率表现出较好的稳定性，循环荷载作用下0.25vol%CF掺量HSHDC电阻率变化率与应力之间表现出良好的对应关系，压应力和压应变灵敏系数分别达到0.75%/MPa和136.5。0.25vol%CF掺量的HSHDC在加载幅度为15 MPa时的最大电阻率变化率为9.2%，加载速度为0.4 mm/min时峰值电阻率变化率达到7.9%。
研究通过混杂碳纤维(Carbon Fiber，CF)和聚乙烯纤维(Polyethylene Fiber，PE)制备出高强高韧性混凝土(High strength and high ductility concrete，HSHDC)，并对其力学性能及机敏性特性进行了分析。研究表明0.25vol%CF掺量HSHDC的抗压强度较对照组提升7%、抗折强度增加13%、拉伸应变提高15.2%。HSHDC的电阻率值随CF掺量增加而显著降低，1.0vol%CF掺量HSHDC的电阻率值下降至10 Ω·m，较对照组降低三个数量级。在不同温度与相对含水率下，掺有CF的HSHDC电阻率表现出较好的稳定性，循环荷载作用下0.25vol%CF掺量HSHDC电阻率变化率与应力之间表现出良好的对应关系，压应力和压应变灵敏系数分别达到0.75%/MPa和136.5。0.25vol%CF掺量的HSHDC在加载幅度为15 MPa时的最大电阻率变化率为9.2%，加载速度为0.4 mm/min时峰值电阻率变化率达到7.9%。
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随着高速列车的不断提速，特别是在通过隧道或会车时，气动载荷对蒙皮结构的强度特性提出了更高的要求。热塑性铝合金-玻纤/聚丙烯(Aluminum-Glass fiber/Polypropylene, Al-GF/PP)面板-三维中空夹层复合材料是一种以纤维金属层板为面板、三维中空复合复合材料为芯材的三明治夹层材料，具有轻质高强、隔音隔热等优势，可用于高速列车车门、裙板等蒙皮结构。通过比较不同高度(10~25 mm)的三维中空复合材料在平压、侧压及弯曲性能上的表现发现，随着厚度增加，其力学性能呈下降趋势，较厚的三维中空复合材料芯材弯矩较大，结构稳定性低。对Al-GF/PP面板-三维中空夹层复合材料进行了4 kPa、5 kPa、6 kPa、7 kPa的气动载荷测试。结果表明，当“8”形纤维受到垂直于面板方向的作用力时，纬向承担了主要载荷，这有助于减小纤维在加载方向上的位移量。芯材与上面板连接处承受的载荷应力最大，位移主要出现于结构的受载侧，最大位移值分别为1.80 μm、2.26 μm、2.72 μm和3.19 μm，该数量级的气动载荷不会导致试样出现宏观的变形失效。
随着高速列车的不断提速，特别是在通过隧道或会车时，气动载荷对蒙皮结构的强度特性提出了更高的要求。热塑性铝合金-玻纤/聚丙烯(Aluminum-Glass fiber/Polypropylene, Al-GF/PP)面板-三维中空夹层复合材料是一种以纤维金属层板为面板、三维中空复合复合材料为芯材的三明治夹层材料，具有轻质高强、隔音隔热等优势，可用于高速列车车门、裙板等蒙皮结构。通过比较不同高度(10~25 mm)的三维中空复合材料在平压、侧压及弯曲性能上的表现发现，随着厚度增加，其力学性能呈下降趋势，较厚的三维中空复合材料芯材弯矩较大，结构稳定性低。对Al-GF/PP面板-三维中空夹层复合材料进行了4 kPa、5 kPa、6 kPa、7 kPa的气动载荷测试。结果表明，当“8”形纤维受到垂直于面板方向的作用力时，纬向承担了主要载荷，这有助于减小纤维在加载方向上的位移量。芯材与上面板连接处承受的载荷应力最大，位移主要出现于结构的受载侧，最大位移值分别为1.80 μm、2.26 μm、2.72 μm和3.19 μm，该数量级的气动载荷不会导致试样出现宏观的变形失效。
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TiNi形状记忆合金具有优异的功能特性和结构特性，在多种领域有着明确的目标需求。本文聚焦B2结构奥氏体富镍 TiNi合金，拟通过冷轧退火循环调控TiNi合金微观结构，以期提升合金较低的力学强度和塑性形变能力。系统考察了Ti48.9Ni50.9Zr0.2和Ti47.9Ni51.9Zr0.2合金力学性能和微观结构与冷轧形变以及再结晶退火之间的依赖关系。拉伸力学性能测试表明，冷轧退火循环可显著提升合金综合力学性能，其中Ti48.9Ni50.9Zr0.2合金6道次冷轧退火后抗拉强度从未轧制样品的550 MPa提升至1070 MPa，断后伸长率从4.9%增加至10.0%。通过EBSD、SEM和TEM微观结构观察可以发现，合金多道次冷轧退火后，形变组织和再结晶组织交替变化，合金晶粒显著细化，发生了明显的择优取向，合金织构进一步增强。析出相Ti2Ni和Ti3Ni4破碎细化，纳米级Ti3Ni4与基体间有着良好的晶格匹配性。此外，合金中出现了应力诱发的马氏体以及析出相附近大量高密度位错。合金力学性能与材料微观结构密切相关，强度和塑性提升机制可通过细晶强化、位错强化、沉淀强化和织构强化来理解。
TiNi形状记忆合金具有优异的功能特性和结构特性，在多种领域有着明确的目标需求。本文聚焦B2结构奥氏体富镍 TiNi合金，拟通过冷轧退火循环调控TiNi合金微观结构，以期提升合金较低的力学强度和塑性形变能力。系统考察了Ti48.9Ni50.9Zr0.2和Ti47.9Ni51.9Zr0.2合金力学性能和微观结构与冷轧形变以及再结晶退火之间的依赖关系。拉伸力学性能测试表明，冷轧退火循环可显著提升合金综合力学性能，其中Ti48.9Ni50.9Zr0.2合金6道次冷轧退火后抗拉强度从未轧制样品的550 MPa提升至1070 MPa，断后伸长率从4.9%增加至10.0%。通过EBSD、SEM和TEM微观结构观察可以发现，合金多道次冷轧退火后，形变组织和再结晶组织交替变化，合金晶粒显著细化，发生了明显的择优取向，合金织构进一步增强。析出相Ti2Ni和Ti3Ni4破碎细化，纳米级Ti3Ni4与基体间有着良好的晶格匹配性。此外，合金中出现了应力诱发的马氏体以及析出相附近大量高密度位错。合金力学性能与材料微观结构密切相关，强度和塑性提升机制可通过细晶强化、位错强化、沉淀强化和织构强化来理解。
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碳纤维增强水泥基复合材料(Carbon fiber reinforced cement composite，CFRCC)以其高强度重量比、耐腐蚀性和耐久性而通常用于建筑、基础设施和土木工程等领域。对CFRCC而言，界面是联系基体与增强相的桥梁，界面性能、结构直接关系到复合材料粘结强度，从而直接影响到复合材料的各项宏观性能。然而，碳纤维的疏水性以及其与水性悬浮液之间不充分的结合行为，限制了碳纤维在水泥和其他矿物建筑材料中的应用。为了解决这一问题，学者们研究了物理和化学改性方法，以加强从矿物基质到碳纤维的负载转移。本文介绍了碳纤维、CFRCC及CFRCC界面的性能及存在的问题。总结了近些年国内外学者对CFRCC及其界面改性方法，例如氧化、电泳沉积、等离子体和接枝处理等表面改性方法，并讨论了相关机制分析。还介绍了研究碳纤维本身的特性以及其与水泥基质的结合行为的表征方法。
碳纤维增强水泥基复合材料(Carbon fiber reinforced cement composite，CFRCC)以其高强度重量比、耐腐蚀性和耐久性而通常用于建筑、基础设施和土木工程等领域。对CFRCC而言，界面是联系基体与增强相的桥梁，界面性能、结构直接关系到复合材料粘结强度，从而直接影响到复合材料的各项宏观性能。然而，碳纤维的疏水性以及其与水性悬浮液之间不充分的结合行为，限制了碳纤维在水泥和其他矿物建筑材料中的应用。为了解决这一问题，学者们研究了物理和化学改性方法，以加强从矿物基质到碳纤维的负载转移。本文介绍了碳纤维、CFRCC及CFRCC界面的性能及存在的问题。总结了近些年国内外学者对CFRCC及其界面改性方法，例如氧化、电泳沉积、等离子体和接枝处理等表面改性方法，并讨论了相关机制分析。还介绍了研究碳纤维本身的特性以及其与水泥基质的结合行为的表征方法。
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为探讨纺丝溶剂对同轴电纺纳米纤维的影响，并制备热调控用纳米纤维，分别以聚乙二醇(PEG)和聚乳酸(PLA)溶液为内、外层纺丝液，利用同轴电纺制备了PLA/PEG复合纳米纤维(NfC-S)。通过调整内层纺丝溶剂制备了三种NfC-S，分别为以去离子水为内层溶剂的NfC-S(PPw)、以四氢呋喃(THF)为内层溶剂的NfC-S(PPt)和以碳酸二甲酯(DMC)/N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为内层溶剂的NfC-S(PPd)。对NfC-S的形貌、化学结构、结晶性能、力学性能、热性能和亲水性进行了研究，并考察了NfC-S的热调控功能。结果显示：PPw获得两种尺度的纤维，平均直径相比PPd增加190 nm。PPw获得较大的弹性模量和断裂应力，断裂应力相比PPt增加0.54 MPa，而PPd和PPt获得较大的断裂应变。NfC-S具备归因于PEG的熔融吸热能力，其中PPt和PPw在升、降温过程中具有较大的温度滞后性，显示较强的热调控能力。NfC-S的疏水性相比纯PLA(PP0)较小，PPw的水接触角(136.5°)最接近PP0。总之，通过探讨内层纺丝溶剂对NfC-S性能的影响，开发了热调控用NfC-S，其中PPw的综合性能较优秀，为热调控用纳米纤维的可控制备提供参考。
为探讨纺丝溶剂对同轴电纺纳米纤维的影响，并制备热调控用纳米纤维，分别以聚乙二醇(PEG)和聚乳酸(PLA)溶液为内、外层纺丝液，利用同轴电纺制备了PLA/PEG复合纳米纤维(NfC-S)。通过调整内层纺丝溶剂制备了三种NfC-S，分别为以去离子水为内层溶剂的NfC-S(PPw)、以四氢呋喃(THF)为内层溶剂的NfC-S(PPt)和以碳酸二甲酯(DMC)/N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为内层溶剂的NfC-S(PPd)。对NfC-S的形貌、化学结构、结晶性能、力学性能、热性能和亲水性进行了研究，并考察了NfC-S的热调控功能。结果显示：PPw获得两种尺度的纤维，平均直径相比PPd增加190 nm。PPw获得较大的弹性模量和断裂应力，断裂应力相比PPt增加0.54 MPa，而PPd和PPt获得较大的断裂应变。NfC-S具备归因于PEG的熔融吸热能力，其中PPt和PPw在升、降温过程中具有较大的温度滞后性，显示较强的热调控能力。NfC-S的疏水性相比纯PLA(PP0)较小，PPw的水接触角(136.5°)最接近PP0。总之，通过探讨内层纺丝溶剂对NfC-S性能的影响，开发了热调控用NfC-S，其中PPw的综合性能较优秀，为热调控用纳米纤维的可控制备提供参考。
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由于难溶性药物低的溶解度，严重限制了其口服生物利用度。对此，结合金属—有机框架材料(MOFs)具有疏水性和高比表面积的特点，以溶液共沉淀法制备的MOF多孔材料ZIF-8作为载药基底。通过改变Zn2+与2-甲基咪唑(2-Methylimidazole)的摩尔比，进而对ZIF-8的比表面积及孔径分布进行调控，然后对难溶性药物布洛芬(IBP)的负载性能进行研究。研究结果表明：当Zn2+与2-甲基咪唑的摩尔比为1∶8时，材料ZIF-8(8)具有最大的比表面积和孔体积，分别为1187 m2/g和1.183 cm3/g，其对难溶性药物布洛芬的负载量高达21.8%。且药物载体复合材料IBP-ZIF-8(8)表现出良好的体外溶出度，在pH为2.5和7.4的磷酸缓冲溶液中，其累积溶出度均为98%左右。ZIF-8(8)处理的RAW246.7细胞存活率均高达94%以上，表现出良好的生物安全性。
由于难溶性药物低的溶解度，严重限制了其口服生物利用度。对此，结合金属—有机框架材料(MOFs)具有疏水性和高比表面积的特点，以溶液共沉淀法制备的MOF多孔材料ZIF-8作为载药基底。通过改变Zn2+与2-甲基咪唑(2-Methylimidazole)的摩尔比，进而对ZIF-8的比表面积及孔径分布进行调控，然后对难溶性药物布洛芬(IBP)的负载性能进行研究。研究结果表明：当Zn2+与2-甲基咪唑的摩尔比为1∶8时，材料ZIF-8(8)具有最大的比表面积和孔体积，分别为1187 m2/g和1.183 cm3/g，其对难溶性药物布洛芬的负载量高达21.8%。且药物载体复合材料IBP-ZIF-8(8)表现出良好的体外溶出度，在pH为2.5和7.4的磷酸缓冲溶液中，其累积溶出度均为98%左右。ZIF-8(8)处理的RAW246.7细胞存活率均高达94%以上，表现出良好的生物安全性。
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聚乙烯醇缩丁醛(PVB)树脂具有优异的成膜性、光学透明度及较强的柔韧性、弹性、粘结性、抗冲击等性能，广泛应用于陶瓷花纸、涂料、粘合剂、汽车挡风玻璃夹层材料、太阳能电池封装材料等领域，但PVB呈现不可降解特性，大量的废旧PVB树脂产出极易造成资源浪费和环境污染。如何实现废旧PVB树脂的回收和再利用是当前工程领域内的研究热点。本文简要介绍了PVB树脂的特性及废旧PVB树脂的来源，详细阐述了废旧PVB树脂的回收技术，例举了再生PVB树脂在过滤材料、吸附材料、增韧材料、发泡材料以及电化学材料中的应用现状，综述内容为废旧PVB树脂的回收再利用提供了参考。
聚乙烯醇缩丁醛(PVB)树脂具有优异的成膜性、光学透明度及较强的柔韧性、弹性、粘结性、抗冲击等性能，广泛应用于陶瓷花纸、涂料、粘合剂、汽车挡风玻璃夹层材料、太阳能电池封装材料等领域，但PVB呈现不可降解特性，大量的废旧PVB树脂产出极易造成资源浪费和环境污染。如何实现废旧PVB树脂的回收和再利用是当前工程领域内的研究热点。本文简要介绍了PVB树脂的特性及废旧PVB树脂的来源，详细阐述了废旧PVB树脂的回收技术，例举了再生PVB树脂在过滤材料、吸附材料、增韧材料、发泡材料以及电化学材料中的应用现状，综述内容为废旧PVB树脂的回收再利用提供了参考。
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颗粒增强镁基复合材料在活塞制造中具有重要意义，活塞使用寿命与其材料的摩擦磨损性能关系密切，为预测镁基复合材料活塞耐磨性。基于Archard磨损模型结合自适应网格技术，建立SiC/AZ91D镁基复合材料及其基体有限元模型，探究其在不同载荷下的磨损行为，考察其应力场分布、磨损深度，进行了试验验证，揭示磨损机理。结果表明：在不同载荷下，盘销的接触面均表现出距盘轴心最近与最远处应力值较大，其它径向区域较小。随着载荷增加，盘销接触区域各处均表现出应力值增大。在不同载荷下，盘销接触面均表现出距盘轴心最近处磨损深度较小，离盘轴心径向距离增加，磨损深度越来越大。随着载荷增加，盘销接触区域各处均表现出磨损深度数值增大。但复合材料的磨损深度小于基体，表现出较好的耐磨性能。磨粒磨损和剥层磨损为复合材料主要磨损机制，粘着磨损为基体合金的主要磨损机理，模拟结果与试验结果吻合较好。
颗粒增强镁基复合材料在活塞制造中具有重要意义，活塞使用寿命与其材料的摩擦磨损性能关系密切，为预测镁基复合材料活塞耐磨性。基于Archard磨损模型结合自适应网格技术，建立SiC/AZ91D镁基复合材料及其基体有限元模型，探究其在不同载荷下的磨损行为，考察其应力场分布、磨损深度，进行了试验验证，揭示磨损机理。结果表明：在不同载荷下，盘销的接触面均表现出距盘轴心最近与最远处应力值较大，其它径向区域较小。随着载荷增加，盘销接触区域各处均表现出应力值增大。在不同载荷下，盘销接触面均表现出距盘轴心最近处磨损深度较小，离盘轴心径向距离增加，磨损深度越来越大。随着载荷增加，盘销接触区域各处均表现出磨损深度数值增大。但复合材料的磨损深度小于基体，表现出较好的耐磨性能。磨粒磨损和剥层磨损为复合材料主要磨损机制，粘着磨损为基体合金的主要磨损机理，模拟结果与试验结果吻合较好。
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环氧树脂材料固化后脆性大、韧性差，表面容易发生老化、龟裂、剥落等问题，难以保护混凝土应对海工环境等复杂的工况。设计、制备了不同体系的聚氨酯/环氧树脂(PU/EP)复合材料，以PU/EP复合材料的拉伸强度、断裂伸长率、冲击韧性作为评价指标进行了正交实验，结合响应面分析法确定了PU/EP复合材料的最佳制备配方为：R值为1、PU掺量为15wt%、制备温度为80℃。研究结果表明：聚氨酯(PU)和EP交联效果良好，PU/EP复合材料的拉伸强度、断裂伸长率、冲击韧性较纯环氧树脂分别提高37.61%、52.21%、47.07%。随着PU掺量的增加，材料中柔性长链段的比例增大，形成二级网络的区域增大，分子间的配位作用以及软连段的增加极大提高了材料的力学性能，并且PU/EP复合材料的硬度和弹性模量有一定程度的降低。
环氧树脂材料固化后脆性大、韧性差，表面容易发生老化、龟裂、剥落等问题，难以保护混凝土应对海工环境等复杂的工况。设计、制备了不同体系的聚氨酯/环氧树脂(PU/EP)复合材料，以PU/EP复合材料的拉伸强度、断裂伸长率、冲击韧性作为评价指标进行了正交实验，结合响应面分析法确定了PU/EP复合材料的最佳制备配方为：R值为1、PU掺量为15wt%、制备温度为80℃。研究结果表明：聚氨酯(PU)和EP交联效果良好，PU/EP复合材料的拉伸强度、断裂伸长率、冲击韧性较纯环氧树脂分别提高37.61%、52.21%、47.07%。随着PU掺量的增加，材料中柔性长链段的比例增大，形成二级网络的区域增大，分子间的配位作用以及软连段的增加极大提高了材料的力学性能，并且PU/EP复合材料的硬度和弹性模量有一定程度的降低。
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废弃复合材料的回收再利用具有重要意义，传统回收方法能耗高且易损伤材料结构，回收纤维取向杂乱，无法进行高价值利用。本文采用团队研发的新型可回收环氧树脂制备Ⅳ型储氢气瓶废弃复合材料为对象，研究碳纤维的高效回收方法。自主搭建纤维湿法取向装置制备纤维毡，探究湿法取向过程各工艺对再生纤维毡制备效果包括取向度及克重的影响；利用响应面法(RSM)建立取向度和克重目标模型并进行可靠性分析，结合非支配排序遗传算法Ⅱ(NSGA-Ⅱ)对湿法取向工艺参数进行多目标优化；采用优劣解距离法(TOPSIS)决策选择最优解，实验验证多目标优化结果。结果表明：各工艺条件对纤维毡取向度影响大小为纤维长度>纤维含量>分散剂含量>滤网孔径；对纤维毡克重影响大小为纤维含量>分散剂含量>滤网孔径>纤维长度。目标函数模型具有较高的准确性；多目标优化纤维毡制备最佳工艺为纤维长度3 mm、纤维含量6.37 g/L、分散剂含量13.37 g/L、滤网孔径0.75 mm；验证实验制备纤维毡取向度81.08%，与遗传算法预测取向度(81.84%)误差0.94%；实验制备纤维毡克重42.86 g/m2，与遗传算法预测克重(42.57 g/m2)误差0.68%。
废弃复合材料的回收再利用具有重要意义，传统回收方法能耗高且易损伤材料结构，回收纤维取向杂乱，无法进行高价值利用。本文采用团队研发的新型可回收环氧树脂制备Ⅳ型储氢气瓶废弃复合材料为对象，研究碳纤维的高效回收方法。自主搭建纤维湿法取向装置制备纤维毡，探究湿法取向过程各工艺对再生纤维毡制备效果包括取向度及克重的影响；利用响应面法(RSM)建立取向度和克重目标模型并进行可靠性分析，结合非支配排序遗传算法Ⅱ(NSGA-Ⅱ)对湿法取向工艺参数进行多目标优化；采用优劣解距离法(TOPSIS)决策选择最优解，实验验证多目标优化结果。结果表明：各工艺条件对纤维毡取向度影响大小为纤维长度>纤维含量>分散剂含量>滤网孔径；对纤维毡克重影响大小为纤维含量>分散剂含量>滤网孔径>纤维长度。目标函数模型具有较高的准确性；多目标优化纤维毡制备最佳工艺为纤维长度3 mm、纤维含量6.37 g/L、分散剂含量13.37 g/L、滤网孔径0.75 mm；验证实验制备纤维毡取向度81.08%，与遗传算法预测取向度(81.84%)误差0.94%；实验制备纤维毡克重42.86 g/m2，与遗传算法预测克重(42.57 g/m2)误差0.68%。
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随着石油资源的逐渐枯竭，生物质基阻隔包装材料作为传统石油基塑料包装的绿色替代品受到越来越多重视。木质素作为自然界中第二丰富的天然高分子聚合物，也是唯一富含重复苯环结构单元的可再生资源，具有生物可降解性、生物相容性和出色的加工性等优势。现阶段，大部分木质素仍作为工业副产物被焚烧处理，其高值化利用程度较低。虽然木质素独特的化学结构和耐水、耐溶剂、抗老化、抗紫外等功能特性，使其在制备生物基阻隔材料方面具有巨大潜力。但木质素的结构、木质素基阻隔材料的多重阻隔性能、构效关系及应用场景仍需深入思考。鉴于此，本文对木质素基功能材料在阻隔包装纸中的应用研究进展进行了系统总结和全面评述。首先，简述了木质素的结构和来源。其次，详细概括了木质素基功能材料在阻隔包装纸上的应用现状，重点介绍了木质素基功能材料在包装纸阻隔水、气体、油脂、紫外线以及阻燃方面的应用进展。最后，探讨了木质素基功能材料在阻隔包装纸应用中面临的主要挑战和未来的发展方向。本文将为木质素基功能材料在制备具有单一或多重阻隔性能包装纸的应用研究领域提供理论参考，对工业化生产木质素基高附加值产品具有实际意义。
随着石油资源的逐渐枯竭，生物质基阻隔包装材料作为传统石油基塑料包装的绿色替代品受到越来越多重视。木质素作为自然界中第二丰富的天然高分子聚合物，也是唯一富含重复苯环结构单元的可再生资源，具有生物可降解性、生物相容性和出色的加工性等优势。现阶段，大部分木质素仍作为工业副产物被焚烧处理，其高值化利用程度较低。虽然木质素独特的化学结构和耐水、耐溶剂、抗老化、抗紫外等功能特性，使其在制备生物基阻隔材料方面具有巨大潜力。但木质素的结构、木质素基阻隔材料的多重阻隔性能、构效关系及应用场景仍需深入思考。鉴于此，本文对木质素基功能材料在阻隔包装纸中的应用研究进展进行了系统总结和全面评述。首先，简述了木质素的结构和来源。其次，详细概括了木质素基功能材料在阻隔包装纸上的应用现状，重点介绍了木质素基功能材料在包装纸阻隔水、气体、油脂、紫外线以及阻燃方面的应用进展。最后，探讨了木质素基功能材料在阻隔包装纸应用中面临的主要挑战和未来的发展方向。本文将为木质素基功能材料在制备具有单一或多重阻隔性能包装纸的应用研究领域提供理论参考，对工业化生产木质素基高附加值产品具有实际意义。
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反蛋白结构(IO)是光子晶体的一种典型的空间结构构型。IO除了具有相互连通、高度规整有序的均孔结构外，还具有光子晶体的慢光效应、多次散射效应和放大光子吸收、发射的特性等。近年来，对IO的应用包括均孔膜、光子墨水、电池电极、传感器等。本文首先简述了IO的构建策略，分为“三步法”和“两步法”。进而详细总结了IO在水处理领域的研究进展，包括过滤筛分、高效吸附、催化降解、水质检测四个方面。最后，对IO材料在水处理领域中现有的局限性和未来的发展趋势进行了阐述和展望。
反蛋白结构(IO)是光子晶体的一种典型的空间结构构型。IO除了具有相互连通、高度规整有序的均孔结构外，还具有光子晶体的慢光效应、多次散射效应和放大光子吸收、发射的特性等。近年来，对IO的应用包括均孔膜、光子墨水、电池电极、传感器等。本文首先简述了IO的构建策略，分为“三步法”和“两步法”。进而详细总结了IO在水处理领域的研究进展，包括过滤筛分、高效吸附、催化降解、水质检测四个方面。最后，对IO材料在水处理领域中现有的局限性和未来的发展趋势进行了阐述和展望。
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相变材料(PCM)可以弥合热能供需在时间和空间上的差距，被广泛应用于热能存储和热管理系统中。然而，单一的PCM具有易泄漏、体积变化、相分离和腐蚀等缺陷，因此，通过微胶囊技术将PCM封装制备微胶囊复合相变材料(MEPCM)，并通过不同纳米填料增强其性能，既可以有效克服以上缺陷，又能提高其热性能和运行稳定性。本文首先介绍了MEPCM的芯材和壳体的选择原则、MEPCM的组成及制备策略，着重阐述了不同维度纳米填料对MEPCM热性能的影响，总结了MEPCM在建筑、纺织品及热管理等领域中的应用，最后，展望了纳米填料在合理设计和构建高性能MEPCM方面的未来研究方向和挑战。
相变材料(PCM)可以弥合热能供需在时间和空间上的差距，被广泛应用于热能存储和热管理系统中。然而，单一的PCM具有易泄漏、体积变化、相分离和腐蚀等缺陷，因此，通过微胶囊技术将PCM封装制备微胶囊复合相变材料(MEPCM)，并通过不同纳米填料增强其性能，既可以有效克服以上缺陷，又能提高其热性能和运行稳定性。本文首先介绍了MEPCM的芯材和壳体的选择原则、MEPCM的组成及制备策略，着重阐述了不同维度纳米填料对MEPCM热性能的影响，总结了MEPCM在建筑、纺织品及热管理等领域中的应用，最后，展望了纳米填料在合理设计和构建高性能MEPCM方面的未来研究方向和挑战。
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纤维改性双马树脂基复合材料凭借其优异的力学性能、耐高温、耐腐蚀特性，被广泛应用于航空航天、智能蒙皮、共形天线、电磁屏蔽、高频电路基板、电加热等领域。然而，由于石英纤维增强双马树脂基复合材料具有非平整、异质、各向异性的特点，在此基材上简单、高效、低成本制造高分辨率微细电路是当前亟待解决的难题。本文提出了一种基于电场驱动微3D打印在石英纤维增强双马树脂基复合材料上制造高精度电路的新方法，阐述了基本成形原理和关键技术实现，探究了非平整异质复合材料表面电场分布特点和场强变化规律，提出通过调节电场强度阈值实现稳定打印的策略；通过实验揭示了主要工艺参数对制造电路精度、形貌以及性能的影响规律，并结合优化的工艺窗口，实现了最小线宽50 μm的多种图案微细电路的制造。制造的典型样件电导率为4.5×107 S/m，经100次附着力实验和100分钟超声实验后电阻变化率在1%左右；在电加热应用方面展现出优异的热响应速度，在3 V电压下最高温度可达158℃，能够在200 s内实现除冰。该技术为高效低成本制造纤维改性双马树脂复合材料基微细电路提供了一种有效方法，显示出良好的工业化应用前景。
纤维改性双马树脂基复合材料凭借其优异的力学性能、耐高温、耐腐蚀特性，被广泛应用于航空航天、智能蒙皮、共形天线、电磁屏蔽、高频电路基板、电加热等领域。然而，由于石英纤维增强双马树脂基复合材料具有非平整、异质、各向异性的特点，在此基材上简单、高效、低成本制造高分辨率微细电路是当前亟待解决的难题。本文提出了一种基于电场驱动微3D打印在石英纤维增强双马树脂基复合材料上制造高精度电路的新方法，阐述了基本成形原理和关键技术实现，探究了非平整异质复合材料表面电场分布特点和场强变化规律，提出通过调节电场强度阈值实现稳定打印的策略；通过实验揭示了主要工艺参数对制造电路精度、形貌以及性能的影响规律，并结合优化的工艺窗口，实现了最小线宽50 μm的多种图案微细电路的制造。制造的典型样件电导率为4.5×107 S/m，经100次附着力实验和100分钟超声实验后电阻变化率在1%左右；在电加热应用方面展现出优异的热响应速度，在3 V电压下最高温度可达158℃，能够在200 s内实现除冰。该技术为高效低成本制造纤维改性双马树脂复合材料基微细电路提供了一种有效方法，显示出良好的工业化应用前景。
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随着材料工程和涂料工业的发展，具有耐腐蚀、自清洁、防雾、减阻或抗结冰等性能的超疏水涂层由于能够满足不同应用领域的功能需求，越来越受到研究人员的关注。此外，通过进一步在涂层内部引入隔热、防冰、阻燃、防腐等功能填料可赋予其多功能性，极大地拓宽了超疏水涂层的应用领域。本文首先对超疏水涂层的原理进行了梳理；进一步阐述了超疏水涂层的经典润湿理论，包括杨氏模型、Wenzel模型和Cassie-Baxter模型；随后分析了超疏水涂层不同制备方法的特点，并对各方法的优缺点进行了对比；最后通过介绍掺杂功能填料的多功能超疏水涂层研究进展，指出超疏水涂层存在的主要问题，并对其发展方向进行了展望。
随着材料工程和涂料工业的发展，具有耐腐蚀、自清洁、防雾、减阻或抗结冰等性能的超疏水涂层由于能够满足不同应用领域的功能需求，越来越受到研究人员的关注。此外，通过进一步在涂层内部引入隔热、防冰、阻燃、防腐等功能填料可赋予其多功能性，极大地拓宽了超疏水涂层的应用领域。本文首先对超疏水涂层的原理进行了梳理；进一步阐述了超疏水涂层的经典润湿理论，包括杨氏模型、Wenzel模型和Cassie-Baxter模型；随后分析了超疏水涂层不同制备方法的特点，并对各方法的优缺点进行了对比；最后通过介绍掺杂功能填料的多功能超疏水涂层研究进展，指出超疏水涂层存在的主要问题，并对其发展方向进行了展望。
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为探究不同高分子材料作为聚能管管材对于聚能爆破的影响，利用电液伺服压力机和直径50 mm的分离式霍普金森压杆分别开展不同高分子材料在准静态下的单轴抗压试验，以及在冲击荷载作用下的单轴压缩试验，对其动静态力学性能、纵波波速、变形特征及能量耗散进行了研究。结果表明，不同高分子材料之间的波阻抗及准静态单轴抗压强度之间最大差值分别达到了42.5%和312.3%；在冲击荷载作用下，不同高分子材料的应力-应变曲线均在曲线末端出现了回弹现象，PVC材料的峰值应力在不同冲击气压下均为6种高分子材料中相对较高的；从对能量的透射、耗散率和单位质量耗散能方面分析，PVC材料的能量透射率是6种高分子材料中最高的，能量耗散和单位质量耗散能是最低的；从岩石爆破角度，引入吸收阻抗比与入射能进行拟合分析，PVC和PC材料的拟合曲线的相关系数相对较高，更符合炸药爆炸时能量传递的描述。最后，综合所有分析认为PVC材料是试验所用的6种高分子材料中最适合作为聚能管管材。
为探究不同高分子材料作为聚能管管材对于聚能爆破的影响，利用电液伺服压力机和直径50 mm的分离式霍普金森压杆分别开展不同高分子材料在准静态下的单轴抗压试验，以及在冲击荷载作用下的单轴压缩试验，对其动静态力学性能、纵波波速、变形特征及能量耗散进行了研究。结果表明，不同高分子材料之间的波阻抗及准静态单轴抗压强度之间最大差值分别达到了42.5%和312.3%；在冲击荷载作用下，不同高分子材料的应力-应变曲线均在曲线末端出现了回弹现象，PVC材料的峰值应力在不同冲击气压下均为6种高分子材料中相对较高的；从对能量的透射、耗散率和单位质量耗散能方面分析，PVC材料的能量透射率是6种高分子材料中最高的，能量耗散和单位质量耗散能是最低的；从岩石爆破角度，引入吸收阻抗比与入射能进行拟合分析，PVC和PC材料的拟合曲线的相关系数相对较高，更符合炸药爆炸时能量传递的描述。最后，综合所有分析认为PVC材料是试验所用的6种高分子材料中最适合作为聚能管管材。
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针对复合材料壳体封头预浸带铺放原位成型过程中多功能铺放头末端滑移问题，开展对碳纤维复合材料铺放机器人轨迹规划的研究。通过构建预浸带铺放路径模型获取铺放角与中心转角，利用中心转角进行动静坐标转换并运用微分几何解算出铺放位姿，通过改进原始蛇优化算法来提高算法收敛速度与精度并应用于铺放机器人逆运动学，逆解铺放位姿获取铺放机器人前七轴关节角度匹配中心转角实现铺放头末端滑移抑制。进行椭球壳体预浸带铺放原位成型仿真与实验。结果表明，预浸带铺放轨迹规划方法在不等极孔壳体预浸带铺放原位成型实验中没有发生滑移与褶皱现象，铺放位姿精度为10−16；满足预浸带铺放原位成型位姿精度要求，能够应用于实际预浸带铺放原位成型工作。
针对复合材料壳体封头预浸带铺放原位成型过程中多功能铺放头末端滑移问题，开展对碳纤维复合材料铺放机器人轨迹规划的研究。通过构建预浸带铺放路径模型获取铺放角与中心转角，利用中心转角进行动静坐标转换并运用微分几何解算出铺放位姿，通过改进原始蛇优化算法来提高算法收敛速度与精度并应用于铺放机器人逆运动学，逆解铺放位姿获取铺放机器人前七轴关节角度匹配中心转角实现铺放头末端滑移抑制。进行椭球壳体预浸带铺放原位成型仿真与实验。结果表明，预浸带铺放轨迹规划方法在不等极孔壳体预浸带铺放原位成型实验中没有发生滑移与褶皱现象，铺放位姿精度为10−16；满足预浸带铺放原位成型位姿精度要求，能够应用于实际预浸带铺放原位成型工作。
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针对由表面活性剂所稳定的乳液具有毒性且不环保的缺点，对硅藻土颗粒(Diatomite，DE)进行改性，并对其所制备的具有温度响应性的Pickering乳液进行了研究。由于硅藻土颗粒具有生物相容性好的优势，在化妆品和制药领域具有应用潜力。先通过硅烷偶联剂(MPS)疏水改性DE得到Diatomite@MPS，再接枝温敏型聚合物聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAm)，成功合成了具有温度响应性的改性硅藻土颗粒(Diatomite@PNIPAm)。由TGA结果表明制备Diatomite@PNIPAm的最佳MPS与NIPAm摩尔比为1∶1。随后，将Diatomite@PNIPAm作为乳化剂分别在不同浓度的条件下制备了水包油(O/W)型Pickering乳液，确定了3.0 wt%为最佳浓度。此外，确定Diatomite@PNIPAm浓度后，分别从1∶9到9∶1的不同油水体积比制备乳液，结果表明油水体积比为7∶3时最佳。通过差示扫描量热仪(DSC)测定所制备的Pickering乳液的低临界溶解温度(LCST)为40℃，且乳液至少可以进行6次破乳-再乳化循环，具备良好的破乳-再乳化循环性能。
针对由表面活性剂所稳定的乳液具有毒性且不环保的缺点，对硅藻土颗粒(Diatomite，DE)进行改性，并对其所制备的具有温度响应性的Pickering乳液进行了研究。由于硅藻土颗粒具有生物相容性好的优势，在化妆品和制药领域具有应用潜力。先通过硅烷偶联剂(MPS)疏水改性DE得到Diatomite@MPS，再接枝温敏型聚合物聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAm)，成功合成了具有温度响应性的改性硅藻土颗粒(Diatomite@PNIPAm)。由TGA结果表明制备Diatomite@PNIPAm的最佳MPS与NIPAm摩尔比为1∶1。随后，将Diatomite@PNIPAm作为乳化剂分别在不同浓度的条件下制备了水包油(O/W)型Pickering乳液，确定了3.0 wt%为最佳浓度。此外，确定Diatomite@PNIPAm浓度后，分别从1∶9到9∶1的不同油水体积比制备乳液，结果表明油水体积比为7∶3时最佳。通过差示扫描量热仪(DSC)测定所制备的Pickering乳液的低临界溶解温度(LCST)为40℃，且乳液至少可以进行6次破乳-再乳化循环，具备良好的破乳-再乳化循环性能。
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采用试验与仿真相结合的方法，对高温环境下GFRP平纹编织层合板-铝合金双钉单搭接胶螺混合连接结构的载荷传递机制和失效模式展开探究。试验方面，开展了80℃高温环境下胶螺混合连接结构的拉伸破坏试验，并与室温胶螺混合连接、高温纯螺栓连接和室温纯螺栓连接三组工况进行对比分析；借助3D-DIC和SEM等手段对结构的宏观和微观的失效特征进行表征。数值仿真方面，构建了基于LaRC失效准则的复合材料渐进损伤失效模型，插入内聚力单元用于对胶粘剂的模拟。结果表明，胶螺混合连接在常温和高温时的极限载荷比纯螺栓连接分别提高了9.2%和4.0%，但高温环境会使胶螺混合连接试样的极限载荷值下降17.8%；胶螺混合连接在加载前期可以缓解应力集中现象，但温度载荷导致粘合剂提前失效后表面出现明显的应力集中，最终失效除了常温环境中发生的静截面拉伸破坏，还发生了由于轴承效应导致的挤压破坏，此时失效模式与纯螺栓连接一致；构建的数值仿真模型可以准确预测结构的失效模式和演化过程，对胶螺混合连接结构的载荷传递机制和失效规律进行解析。
采用试验与仿真相结合的方法，对高温环境下GFRP平纹编织层合板-铝合金双钉单搭接胶螺混合连接结构的载荷传递机制和失效模式展开探究。试验方面，开展了80℃高温环境下胶螺混合连接结构的拉伸破坏试验，并与室温胶螺混合连接、高温纯螺栓连接和室温纯螺栓连接三组工况进行对比分析；借助3D-DIC和SEM等手段对结构的宏观和微观的失效特征进行表征。数值仿真方面，构建了基于LaRC失效准则的复合材料渐进损伤失效模型，插入内聚力单元用于对胶粘剂的模拟。结果表明，胶螺混合连接在常温和高温时的极限载荷比纯螺栓连接分别提高了9.2%和4.0%，但高温环境会使胶螺混合连接试样的极限载荷值下降17.8%；胶螺混合连接在加载前期可以缓解应力集中现象，但温度载荷导致粘合剂提前失效后表面出现明显的应力集中，最终失效除了常温环境中发生的静截面拉伸破坏，还发生了由于轴承效应导致的挤压破坏，此时失效模式与纯螺栓连接一致；构建的数值仿真模型可以准确预测结构的失效模式和演化过程，对胶螺混合连接结构的载荷传递机制和失效规律进行解析。
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近年来，污水处理厂的大规模建设导致污泥产量逐年增加，污泥的处理面临严峻挑战，双酚F (BPF)被广泛应用于工业中化学添加剂，在地表水，土壤和污泥中被频繁检出。本文利用市政污泥负载钴铁双金属制备了钴铁双金属@生物炭复合材料(CoFeO@SBC)，通过活化过一硫酸盐(PMS)降解BPF来探究其催化性能。采用扫描电子显微镜(SEM)、比表面积测定(BET)、红外光谱(IR)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)等表征分析所制备材料的理化性质；并考察了材料投加量、PMS投加量、初始pH和无机阴离子对CoFeO@SBC/PMS体系降解BPF效果的影响。结果表明，CoFeO与SBC复合后孔隙结构显著优化，比表面积增加了6.0倍，且具备更丰富的氧空位和还原性—OH官能团，产生了更多的Fe(Ⅱ)和Co(Ⅱ)。因此，CoFeO@SBC具有优异的催化活性，投加量为0.04 g/L时可以在10 min内几乎完全降解BPF(5 mg/L)，降解速率与CoFeO相比提高了62%；Cl−和\begin{document}$\mathrm{NO}_3 ^{-} $\end{document} \begin{document}$\mathrm{HCO}_3 ^{-} $\end{document} \begin{document}$\mathrm{SO}_4 ^{\cdot-} $\end{document} \begin{document}${\mathrm{O}}_2^{ \cdot-} $\end{document} \begin{document}$\mathrm{SO}_4 ^{\cdot-} $\end{document}
近年来，污水处理厂的大规模建设导致污泥产量逐年增加，污泥的处理面临严峻挑战，双酚F (BPF)被广泛应用于工业中化学添加剂，在地表水，土壤和污泥中被频繁检出。本文利用市政污泥负载钴铁双金属制备了钴铁双金属@生物炭复合材料(CoFeO@SBC)，通过活化过一硫酸盐(PMS)降解BPF来探究其催化性能。采用扫描电子显微镜(SEM)、比表面积测定(BET)、红外光谱(IR)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)等表征分析所制备材料的理化性质；并考察了材料投加量、PMS投加量、初始pH和无机阴离子对CoFeO@SBC/PMS体系降解BPF效果的影响。结果表明，CoFeO与SBC复合后孔隙结构显著优化，比表面积增加了6.0倍，且具备更丰富的氧空位和还原性—OH官能团，产生了更多的Fe(Ⅱ)和Co(Ⅱ)。因此，CoFeO@SBC具有优异的催化活性，投加量为0.04 g/L时可以在10 min内几乎完全降解BPF(5 mg/L)，降解速率与CoFeO相比提高了62%；Cl−和
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真空辅助树脂灌注工艺(VARI)作为一种高性能、低成本的制造技术，已广泛应用于大型复合材料零部件的制造。穿孔夹芯复合材料具有比强度比模量高、承载能力强等特点，然而，为了准确模拟穿孔夹芯复合材料中树脂的充模过程，需要对芯材内每个孔洞的树脂流动行为进行三维数值计算，尤其是对于大厚度构件而言需要大量的开发成本和生产周期。为了降低仿真计算复杂性和时间成本，本文提出了一种全新的3D-1D有限单元耦合计算方法，利用自开发ANSYS Fluent UDF子程序模拟树脂在芯材孔洞中的流动，避免了对数量巨大的孔洞进行物理建模，成功优化了穿孔夹芯复合材料真空灌注过程的模型构建和仿真计算过程，并通过实尺度的灌注实验验证了仿真模拟的可行性。研究结果表明，数值仿真与实验测得的灌注时间基本吻合，能够较为准确地模拟穿孔夹芯结构成型过程中树脂的流动。
真空辅助树脂灌注工艺(VARI)作为一种高性能、低成本的制造技术，已广泛应用于大型复合材料零部件的制造。穿孔夹芯复合材料具有比强度比模量高、承载能力强等特点，然而，为了准确模拟穿孔夹芯复合材料中树脂的充模过程，需要对芯材内每个孔洞的树脂流动行为进行三维数值计算，尤其是对于大厚度构件而言需要大量的开发成本和生产周期。为了降低仿真计算复杂性和时间成本，本文提出了一种全新的3D-1D有限单元耦合计算方法，利用自开发ANSYS Fluent UDF子程序模拟树脂在芯材孔洞中的流动，避免了对数量巨大的孔洞进行物理建模，成功优化了穿孔夹芯复合材料真空灌注过程的模型构建和仿真计算过程，并通过实尺度的灌注实验验证了仿真模拟的可行性。研究结果表明，数值仿真与实验测得的灌注时间基本吻合，能够较为准确地模拟穿孔夹芯结构成型过程中树脂的流动。
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分层损伤是航空航天复合材料结构分层的主要损伤模式之一。I型分层具有起始断裂韧性值低，损伤模式复杂的特征，深入分析裂纹尖端损伤区多种损伤机制之间的相互关系，及纤维桥接损伤演化过程，对研究I型分层损伤起关键作用。本文针对性采用三种不同层间铺层(0//0，0//45，0//90)设计T700级碳纤维/环氧复合材料层合板并开展I型分层测试。通过观测分层起始以及损伤演化过程，总结DCB试验结果载荷位移曲线及R曲线规律，并根据试样断口形貌、SEM等多种表征方法分析，揭示了裂纹尖端的损伤机制。在此基础上提出了一种分层损伤机制解耦的新方法。该方法基于三个双线性内聚力本构叠加，通过建立内聚力单元模型来解耦不同损伤尺度的分层损伤机制，独立表征了不同损伤机制在分层扩展过程中所作的贡献。仿真模拟所需参数均可从试验获得，计算得到的仿真结果与试验结果具有良好的一致性。
分层损伤是航空航天复合材料结构分层的主要损伤模式之一。I型分层具有起始断裂韧性值低，损伤模式复杂的特征，深入分析裂纹尖端损伤区多种损伤机制之间的相互关系，及纤维桥接损伤演化过程，对研究I型分层损伤起关键作用。本文针对性采用三种不同层间铺层(0//0，0//45，0//90)设计T700级碳纤维/环氧复合材料层合板并开展I型分层测试。通过观测分层起始以及损伤演化过程，总结DCB试验结果载荷位移曲线及R曲线规律，并根据试样断口形貌、SEM等多种表征方法分析，揭示了裂纹尖端的损伤机制。在此基础上提出了一种分层损伤机制解耦的新方法。该方法基于三个双线性内聚力本构叠加，通过建立内聚力单元模型来解耦不同损伤尺度的分层损伤机制，独立表征了不同损伤机制在分层扩展过程中所作的贡献。仿真模拟所需参数均可从试验获得，计算得到的仿真结果与试验结果具有良好的一致性。
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为进一步提高蜂窝结构的抗冲击性能和能量吸收能力，通过周期性阵列传统星形胞元和星-菱形胞元，本文构建了内凹星形蜂窝结构(Reentrant star-shaped honeycomb structures, RSH)和新型的面内增强星-菱形蜂窝结构(Enhanced star-rhombic honeycomb structures, ESH)。通过实验和有限元模拟，系统地研究了ESH在不同加载方向的面内力学响应和吸能特性。与RSH相比，准静态压缩下ESH的负泊松比特性减弱，但吸能能力显著提高。此外，结合微拓扑胞元的变形特征，揭示了低速冲击时ESH-y的应力-应变响应呈现双平台特征的变形机制，并讨论了结构参数α、t和b对平台应力的影响规律。基于高速冲击下ESH的周期性逐层坍塌变形特征和动量定理，给出了不同加载方向高速平台应力的理论解，理论结果与有限元结果吻合较好。该研究可为创新设计具有更优力学性能的新型负泊松比结构提供参考。
为进一步提高蜂窝结构的抗冲击性能和能量吸收能力，通过周期性阵列传统星形胞元和星-菱形胞元，本文构建了内凹星形蜂窝结构(Reentrant star-shaped honeycomb structures, RSH)和新型的面内增强星-菱形蜂窝结构(Enhanced star-rhombic honeycomb structures, ESH)。通过实验和有限元模拟，系统地研究了ESH在不同加载方向的面内力学响应和吸能特性。与RSH相比，准静态压缩下ESH的负泊松比特性减弱，但吸能能力显著提高。此外，结合微拓扑胞元的变形特征，揭示了低速冲击时ESH-y的应力-应变响应呈现双平台特征的变形机制，并讨论了结构参数α、t和b对平台应力的影响规律。基于高速冲击下ESH的周期性逐层坍塌变形特征和动量定理，给出了不同加载方向高速平台应力的理论解，理论结果与有限元结果吻合较好。该研究可为创新设计具有更优力学性能的新型负泊松比结构提供参考。
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ZnO的低可见光活性及光生载流子迁移率低且容易复合的缺点限制了其在光催化领域的实际应用。为此，本文采用超声辅助浸渍法制备了碳量子点(CQDs)-还原氧化石墨烯(rGO)/ZnO三元复合催化剂，通过XRD、SEM、TEM、XEDS、XPS、BET、UV-Vis DRS、VB-XPS、PL、TPR及EIS等表征手段对其晶体结构、形貌和光电性能进行了表征。以模拟抗生素废水甲硝唑(MTZ)为降解对象，考察了CQDs-rGO/ZnO复合催化剂的光催化活性。结果表明：rGO和QDs的引入，能够优化ZnO的能带结构、增强其对可见光的吸收。rGO和CQDs的强导电性，可促进光生载流子的快速转移和分离，有效提升CQDs-rGO/ZnO复合催化剂的光催化活性。淬灭实验表明，羟基自由基(·OH)和超氧自由基(·O2−)是反应过程中的主要活性物质。在CQDs复合量为1 wt%时，CQDs-rGO/ZnO的光催化活性最好，可见光照射2.5 h，对MTZ的降解率可达87.8%。经历4次循环后，依然可以降解75.2%的MTZ，说明CQDs-rGO/ZnO复合催化剂理化性能稳定。
ZnO的低可见光活性及光生载流子迁移率低且容易复合的缺点限制了其在光催化领域的实际应用。为此，本文采用超声辅助浸渍法制备了碳量子点(CQDs)-还原氧化石墨烯(rGO)/ZnO三元复合催化剂，通过XRD、SEM、TEM、XEDS、XPS、BET、UV-Vis DRS、VB-XPS、PL、TPR及EIS等表征手段对其晶体结构、形貌和光电性能进行了表征。以模拟抗生素废水甲硝唑(MTZ)为降解对象，考察了CQDs-rGO/ZnO复合催化剂的光催化活性。结果表明：rGO和QDs的引入，能够优化ZnO的能带结构、增强其对可见光的吸收。rGO和CQDs的强导电性，可促进光生载流子的快速转移和分离，有效提升CQDs-rGO/ZnO复合催化剂的光催化活性。淬灭实验表明，羟基自由基(·OH)和超氧自由基(·O2−)是反应过程中的主要活性物质。在CQDs复合量为1 wt%时，CQDs-rGO/ZnO的光催化活性最好，可见光照射2.5 h，对MTZ的降解率可达87.8%。经历4次循环后，依然可以降解75.2%的MTZ，说明CQDs-rGO/ZnO复合催化剂理化性能稳定。
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为研究碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)加固木柱的轴压损伤性能及破坏机制，对6组不同CFRP缠绕方式的木柱开展了轴向压缩试验并进行了实时声发射(Acoustic emission, AE)监测。分析了不同缠绕层数和不同缠绕角度对CFRP加固木柱破坏形式、力学性能、吸能性能和声发射参数演化规律的影响。结果表明：CFRP的加固能明显改善木材的力学性能，抑制脆性破坏的发生；随着缠绕层数、角度的增大，木柱的极限承载力从112.63 kN提升至161.21 kN，位移延性系数也从1.44提升至1.72；CFRP缠绕层数、角度的增加能够显著提高CFRP加固木柱在轴压损伤过程中的稳定性和吸能能力；根据声发射的振铃计数演化特征可以将CFRP加固木柱的损伤过程分为弹性、压缩屈服和损伤破坏三个阶段；随着缠绕层数、角度的增加，声发射峰值频率逐渐从低频区间(0~80 kHz)向高频区间(160~240 kHz)过渡，损伤形式从大尺度损伤转变为小尺度损伤；不同缠绕方式的木柱声发射能量概率密度均遵循幂律无尺度分布，6种加固方式下，临界指数分别为1.31、1.33、1.36、1.43、1.49、1.57；临界指数随着缠绕层数、角度的增大而增大，CFRP的加固限制了木材内部裂纹的发展，减弱了内部结构的劣化。
为研究碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)加固木柱的轴压损伤性能及破坏机制，对6组不同CFRP缠绕方式的木柱开展了轴向压缩试验并进行了实时声发射(Acoustic emission, AE)监测。分析了不同缠绕层数和不同缠绕角度对CFRP加固木柱破坏形式、力学性能、吸能性能和声发射参数演化规律的影响。结果表明：CFRP的加固能明显改善木材的力学性能，抑制脆性破坏的发生；随着缠绕层数、角度的增大，木柱的极限承载力从112.63 kN提升至161.21 kN，位移延性系数也从1.44提升至1.72；CFRP缠绕层数、角度的增加能够显著提高CFRP加固木柱在轴压损伤过程中的稳定性和吸能能力；根据声发射的振铃计数演化特征可以将CFRP加固木柱的损伤过程分为弹性、压缩屈服和损伤破坏三个阶段；随着缠绕层数、角度的增加，声发射峰值频率逐渐从低频区间(0~80 kHz)向高频区间(160~240 kHz)过渡，损伤形式从大尺度损伤转变为小尺度损伤；不同缠绕方式的木柱声发射能量概率密度均遵循幂律无尺度分布，6种加固方式下，临界指数分别为1.31、1.33、1.36、1.43、1.49、1.57；临界指数随着缠绕层数、角度的增大而增大，CFRP的加固限制了木材内部裂纹的发展，减弱了内部结构的劣化。
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第三代葡萄糖传感器中氧化酶存在容易受温度、湿度、酸碱度等影响的缺点。因此，开发低成本、高灵敏度的葡萄糖催化剂具有广阔的应用前景。金属-有机框架(Metal-Origanic Frameworks, MOFs)因具有传质速度快、孔隙率可调和电子转移能力强等优点而受到广泛的关注。丝网印刷技术是一种低成本、批量化制备商业电极工艺。本文采用一种简单、经济的方法室温下成功地合成了Co-MOFs；采用丝网印刷技术将Co-MOFs涂敷在商业化条形银-碳电极上。作为生物传感器的催化剂，Co-MOFs纳米材料对葡萄糖表现出较高的电催化活性。测试结果表明，Co-MOFs基条形电极对葡萄糖检测的灵敏度为1393 nA·L/(mmol·cm2)，检测极限为0.58 μmol/L(S/N = 3)，线性范围为0.1-0.5 mmol/L。该工作对葡萄糖传感器中批量构筑多功能电极的设计具有一定的指导意义。
第三代葡萄糖传感器中氧化酶存在容易受温度、湿度、酸碱度等影响的缺点。因此，开发低成本、高灵敏度的葡萄糖催化剂具有广阔的应用前景。金属-有机框架(Metal-Origanic Frameworks, MOFs)因具有传质速度快、孔隙率可调和电子转移能力强等优点而受到广泛的关注。丝网印刷技术是一种低成本、批量化制备商业电极工艺。本文采用一种简单、经济的方法室温下成功地合成了Co-MOFs；采用丝网印刷技术将Co-MOFs涂敷在商业化条形银-碳电极上。作为生物传感器的催化剂，Co-MOFs纳米材料对葡萄糖表现出较高的电催化活性。测试结果表明，Co-MOFs基条形电极对葡萄糖检测的灵敏度为1393 nA·L/(mmol·cm2)，检测极限为0.58 μmol/L(S/N = 3)，线性范围为0.1-0.5 mmol/L。该工作对葡萄糖传感器中批量构筑多功能电极的设计具有一定的指导意义。
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提出了一种新型的余弦函数胞元基(Cosine function cell-based，CFCB)点阵材料，并对其面外压缩载荷下的力学性能开展试验及仿真研究，试验结果表明新型CFCB点阵材料在准静态面外压缩载荷下的能量吸收较相同质量的(Body centered cubic，BCC)点阵材料提升了134.4%；此外，通过有限元仿真发现CFCB点阵材料的能量吸收随胞元单杆直径增加而增加。为了进一步改善均匀型CFCB点阵材料的面外压缩变形模式并提高其承载性能，设计了一种层间梯度CFCB点阵构型，并结合试验与仿真手段探究了梯度CFCB点阵材料在准静态面外压缩载荷下的能量吸收特性及关键参数对其吸能特性的影响规律。结果表明，与均匀CFCB点阵材料相比，梯度CFCB点阵材料在吸能方面具有更强的优势，且增大梯度系数可以提高层间梯度点阵材料的承载能力与能量吸收能力。最后采用离散变量多目标优化方法对层间梯度CFCB点阵材料进行了优化设计，优化后的梯度CFCB梯度点阵材料质量减少20.9%，能量吸收增加7.1%。研究能够对新型CFCB点阵材料及其梯度构型设计提供可靠的试验结果、准确的数值模型以及高效的优化方法。
提出了一种新型的余弦函数胞元基(Cosine function cell-based，CFCB)点阵材料，并对其面外压缩载荷下的力学性能开展试验及仿真研究，试验结果表明新型CFCB点阵材料在准静态面外压缩载荷下的能量吸收较相同质量的(Body centered cubic，BCC)点阵材料提升了134.4%；此外，通过有限元仿真发现CFCB点阵材料的能量吸收随胞元单杆直径增加而增加。为了进一步改善均匀型CFCB点阵材料的面外压缩变形模式并提高其承载性能，设计了一种层间梯度CFCB点阵构型，并结合试验与仿真手段探究了梯度CFCB点阵材料在准静态面外压缩载荷下的能量吸收特性及关键参数对其吸能特性的影响规律。结果表明，与均匀CFCB点阵材料相比，梯度CFCB点阵材料在吸能方面具有更强的优势，且增大梯度系数可以提高层间梯度点阵材料的承载能力与能量吸收能力。最后采用离散变量多目标优化方法对层间梯度CFCB点阵材料进行了优化设计，优化后的梯度CFCB梯度点阵材料质量减少20.9%，能量吸收增加7.1%。研究能够对新型CFCB点阵材料及其梯度构型设计提供可靠的试验结果、准确的数值模型以及高效的优化方法。
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采用有限元模拟与试验相结合的方法，研究了加固层材料用量、加固材料材性、RC梁特征参数等因素对高强钢绞线网/ECC (Engineered cementitious composites)抗弯加固RC (Reinforced concrete)梁受弯性能的影响规律。首先，建立了高强钢绞线网/ECC加固既有无损RC梁有限元分析模型，并与试验结果比较，验证了其准确性和有效性，并采用该模型对关键参数对加固梁受弯性能的影响规律进行系统性分析。结果表明：该加固方法可显著提升RC梁的受弯承载力、刚度、延性，提升幅度分别7.81%~61.84%，6.35%~40.90%，5.92%~50.16%；随着纵向钢绞线配筋率、加固层厚度和开裂应力的增大，承载力的提升幅度增大，而RC梁纵筋配筋率和截面高度增大会降低承载力的提升幅度；加固层厚度与纵向钢绞线配筋率的增大会增加刚度的提升幅度，而RC梁纵筋配筋率、混凝土强度和截面高度的增大会降低对刚度的提升幅度；延性的提升幅度随着混凝土强度的增大而增加。在此基础上结合相关力学理论，提出抗弯加固界限钢绞线用量计算公式及高强钢绞线网/ECC加固RC梁正截面承载力简化计算公式，与试验及数值模拟结果吻合良好。
采用有限元模拟与试验相结合的方法，研究了加固层材料用量、加固材料材性、RC梁特征参数等因素对高强钢绞线网/ECC (Engineered cementitious composites)抗弯加固RC (Reinforced concrete)梁受弯性能的影响规律。首先，建立了高强钢绞线网/ECC加固既有无损RC梁有限元分析模型，并与试验结果比较，验证了其准确性和有效性，并采用该模型对关键参数对加固梁受弯性能的影响规律进行系统性分析。结果表明：该加固方法可显著提升RC梁的受弯承载力、刚度、延性，提升幅度分别7.81%~61.84%，6.35%~40.90%，5.92%~50.16%；随着纵向钢绞线配筋率、加固层厚度和开裂应力的增大，承载力的提升幅度增大，而RC梁纵筋配筋率和截面高度增大会降低承载力的提升幅度；加固层厚度与纵向钢绞线配筋率的增大会增加刚度的提升幅度，而RC梁纵筋配筋率、混凝土强度和截面高度的增大会降低对刚度的提升幅度；延性的提升幅度随着混凝土强度的增大而增加。在此基础上结合相关力学理论，提出抗弯加固界限钢绞线用量计算公式及高强钢绞线网/ECC加固RC梁正截面承载力简化计算公式，与试验及数值模拟结果吻合良好。
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为解决电子信息技术带来的电磁波污染问题，碳基复合吸波材料受到了广泛的关注。生物质衍生碳复合材料不仅具有优异的电磁波吸收能力，还具有密度小、来源广泛和成本低等优点。本文首先阐述了生物质衍生碳的制备方法及过程；其次，依据生物科学分类法系统归纳了植物界类、真菌类、原生生物界类的三种生物质衍生碳的结构形貌特征，对生物质衍生碳基复合吸波材料近些年的研究成果进行了总结与综述；接着，对不同分类的吸波材料的结构形貌与电磁波吸收性能进行了对比，并分析了各类材料的吸波机制。最后，分析了目前生物质衍生碳基复合材料的吸波性能及其缺点，并对未来发展方向进行展望。本文为推进非动物类生物质衍生碳复合吸波材料的研究，提供了较全面的归纳、分类、分析与理论支持，为其未来发展提供了思路。
为解决电子信息技术带来的电磁波污染问题，碳基复合吸波材料受到了广泛的关注。生物质衍生碳复合材料不仅具有优异的电磁波吸收能力，还具有密度小、来源广泛和成本低等优点。本文首先阐述了生物质衍生碳的制备方法及过程；其次，依据生物科学分类法系统归纳了植物界类、真菌类、原生生物界类的三种生物质衍生碳的结构形貌特征，对生物质衍生碳基复合吸波材料近些年的研究成果进行了总结与综述；接着，对不同分类的吸波材料的结构形貌与电磁波吸收性能进行了对比，并分析了各类材料的吸波机制。最后，分析了目前生物质衍生碳基复合材料的吸波性能及其缺点，并对未来发展方向进行展望。本文为推进非动物类生物质衍生碳复合吸波材料的研究，提供了较全面的归纳、分类、分析与理论支持，为其未来发展提供了思路。
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提出了一种柔性铰可变形蜂窝结构，该结构由十字形蜂窝和内LET半铰(Half Inside Lamina Emergent Torsional Joint)组成，通过降低结构面内刚度提升变形能力，具有重量轻、面内模量低的特点。通过理论分析研究了柔性铰可变形蜂窝结构的面内等效弹性模量，并进行了仿真和实验验证，分析了几何参数对结构等效弹性模量的影响，最后通过仿真和实验比较了柔性铰可变形蜂窝与十字形蜂窝的面内刚度。结果表明：柔性铰可变形蜂窝的等效弹性模量与十字形蜂窝相比降低了80%以上，具有更优秀的面内变形能力，将可变形蜂窝结构与柔性铰链巧妙结合是一种提升蜂窝结构面内变形能力的有效方式。
提出了一种柔性铰可变形蜂窝结构，该结构由十字形蜂窝和内LET半铰(Half Inside Lamina Emergent Torsional Joint)组成，通过降低结构面内刚度提升变形能力，具有重量轻、面内模量低的特点。通过理论分析研究了柔性铰可变形蜂窝结构的面内等效弹性模量，并进行了仿真和实验验证，分析了几何参数对结构等效弹性模量的影响，最后通过仿真和实验比较了柔性铰可变形蜂窝与十字形蜂窝的面内刚度。结果表明：柔性铰可变形蜂窝的等效弹性模量与十字形蜂窝相比降低了80%以上，具有更优秀的面内变形能力，将可变形蜂窝结构与柔性铰链巧妙结合是一种提升蜂窝结构面内变形能力的有效方式。
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利用电解锰渣(Electrolytic Manganese Residue，EMR)可减缓聚合物磷酸镁水泥复合材料水化速率，延长凝结时间，改善微细观结构等特点，通过宏观物理力学性能、工作性能，结合微观手段X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、同步热分析(TG-DTG)及低场核磁共振技术(NMR)等测试手段研究EMR掺量对聚合物磷酸镁水泥早期宏观和微细观孔隙结构性能影响机制。结果表明：加入EMR后能够改善浆体的工作性能，提升后期强度并有效细化孔隙结构；掺加2% EMR的28 d抗压强度值达到49.5 MPa，3%、4%掺量强度明显降低；水化产物除了长细条树状鸟粪石(Struvite，MgKPO4·6H2O&Mg[NH4]PO4·6H2O)和原料中片块状MgO外，Mn元素参与反应形成含锰化合物，水化产物相互搭接形成致密微细观结构细化了孔隙；TG-DTG曲线中在100℃出现明显的吸热峰对应鸟粪石的吸热脱水现象，质量损失率为13.299%；掺加EMR的试件出现3个吸热峰，包括Mn(OH)2和Mn3(PO4)·6H2O失去结合水的过程；T2谱弛豫时间会滞后，孔径在过渡孔和毛细孔的分布范围较大，总孔隙度随掺量增大降低，渗透率先减小后增大，1%和2%掺量的复合材料主要以凝胶孔和过渡孔分布，大孔分布面积较少，内部结构较密实，渗透率低，束缚流体饱和度高，自由流体饱和度较低。
利用电解锰渣(Electrolytic Manganese Residue，EMR)可减缓聚合物磷酸镁水泥复合材料水化速率，延长凝结时间，改善微细观结构等特点，通过宏观物理力学性能、工作性能，结合微观手段X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、同步热分析(TG-DTG)及低场核磁共振技术(NMR)等测试手段研究EMR掺量对聚合物磷酸镁水泥早期宏观和微细观孔隙结构性能影响机制。结果表明：加入EMR后能够改善浆体的工作性能，提升后期强度并有效细化孔隙结构；掺加2% EMR的28 d抗压强度值达到49.5 MPa，3%、4%掺量强度明显降低；水化产物除了长细条树状鸟粪石(Struvite，MgKPO4·6H2O&Mg[NH4]PO4·6H2O)和原料中片块状MgO外，Mn元素参与反应形成含锰化合物，水化产物相互搭接形成致密微细观结构细化了孔隙；TG-DTG曲线中在100℃出现明显的吸热峰对应鸟粪石的吸热脱水现象，质量损失率为13.299%；掺加EMR的试件出现3个吸热峰，包括Mn(OH)2和Mn3(PO4)·6H2O失去结合水的过程；T2谱弛豫时间会滞后，孔径在过渡孔和毛细孔的分布范围较大，总孔隙度随掺量增大降低，渗透率先减小后增大，1%和2%掺量的复合材料主要以凝胶孔和过渡孔分布，大孔分布面积较少，内部结构较密实，渗透率低，束缚流体饱和度高，自由流体饱和度较低。
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为了改善TiAlNb金属间化合物抗氧化耐磨损性能不足的问题，通过扩散渗法在TiAlNb9合金表面制备了双稀土改性的硅化物涂层，并对其微观结构与相组成进行了分析表征，对比研究了TiAlNb9基体和Si-Ce-Y共渗层与WC球在宽温域下的摩擦磨损行为。结果表明：不同催化剂NaF，NH4Cl，AlCl3·6H2O所制备的渗层均具有多层结构，从外到内依次为(Ti,Nb)Si2、(Ti,Nb)5Si4和(Ti,Nb)5Si3外层，(Ti,Nb)5Si4及(Ti,Nb)5Si3中间层，TiAl2内层，催化剂类型对渗层的致密性有显著影响。在实验条件下，Si-Ce-Y共渗层的抗摩擦磨损性能明显优于TiAlNb9基体，TiAlNb9基体在20℃的磨损机制为磨粒磨损和犁削磨损，在600℃下的磨损机制主要为氧化磨损、犁削磨损、磨粒磨损；Si-Ce-Y共渗层在20℃及600℃下的磨损机制相似，均为削层磨损和磨粒磨损。
为了改善TiAlNb金属间化合物抗氧化耐磨损性能不足的问题，通过扩散渗法在TiAlNb9合金表面制备了双稀土改性的硅化物涂层，并对其微观结构与相组成进行了分析表征，对比研究了TiAlNb9基体和Si-Ce-Y共渗层与WC球在宽温域下的摩擦磨损行为。结果表明：不同催化剂NaF，NH4Cl，AlCl3·6H2O所制备的渗层均具有多层结构，从外到内依次为(Ti,Nb)Si2、(Ti,Nb)5Si4和(Ti,Nb)5Si3外层，(Ti,Nb)5Si4及(Ti,Nb)5Si3中间层，TiAl2内层，催化剂类型对渗层的致密性有显著影响。在实验条件下，Si-Ce-Y共渗层的抗摩擦磨损性能明显优于TiAlNb9基体，TiAlNb9基体在20℃的磨损机制为磨粒磨损和犁削磨损，在600℃下的磨损机制主要为氧化磨损、犁削磨损、磨粒磨损；Si-Ce-Y共渗层在20℃及600℃下的磨损机制相似，均为削层磨损和磨粒磨损。
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界面反应会对钛基复合材料的力学性能产生显著影响，为确定SiCf/TC18复合材料的元素扩散及界面反应层长大规律，采用磁控溅射先驱丝法+热等静压工艺制备了SiCf/TC18复合材料，并在不同温度(400、600、800 ℃)和时间(50、100、150、200 h)下进行热暴露实验，分析了热等静压态和热暴露态SiCf/TC18复合材料的界面反应层厚度变化、元素分布及扩散规律。更为重要的是，本文阐明了元素互扩散的机制，总结了界面反应层厚度随热暴露时间的长大规律，揭示了SiCf/TC18复合材料界面反应层产物主要为TiC。经计算，SiCf/TC18复合材料界面指数因子为4.0 × 10−6 m/s1/2，反应层长大激活能为80.31 kJ/mol，该材料在400 ℃以下时界面热稳定性优异。
界面反应会对钛基复合材料的力学性能产生显著影响，为确定SiCf/TC18复合材料的元素扩散及界面反应层长大规律，采用磁控溅射先驱丝法+热等静压工艺制备了SiCf/TC18复合材料，并在不同温度(400、600、800 ℃)和时间(50、100、150、200 h)下进行热暴露实验，分析了热等静压态和热暴露态SiCf/TC18复合材料的界面反应层厚度变化、元素分布及扩散规律。更为重要的是，本文阐明了元素互扩散的机制，总结了界面反应层厚度随热暴露时间的长大规律，揭示了SiCf/TC18复合材料界面反应层产物主要为TiC。经计算，SiCf/TC18复合材料界面指数因子为4.0 × 10−6 m/s1/2，反应层长大激活能为80.31 kJ/mol，该材料在400 ℃以下时界面热稳定性优异。
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芳纶纳米纤维 (ANF)兼具芳纶纤维轻质、高强高模、耐高温等的特点以及高性能纤维纳米尺度效应的双重优势，其薄膜强韧化受到研究者的广泛关注。本研究采用高速机械球磨法制备云母纳米片 (MNSs) 作为增强体，将其引入芳纶纤维的裂解过程中，在二甲基亚砜/氢氧化钾 (DMSO/KOH) 体系中制备芳纶纳米纤维，通过真空辅助过滤法制备ANF/MNS复合薄膜，重点探究了MNS含量对ANF薄膜力学性能的影响。结果表明：当MNS含量为0.041 wt.% 时所制备的薄膜力学性能和绝缘性能均最佳，拉伸强度可达249.3 MPa、韧性36.7 MJ·m−3、介电击穿强度46.2 kV·mm−1，与原始ANF薄膜相比，分别提升了45.1%、197.1%和60.0%。纳米尺度的MNS可以与ANF形成强的界面相互作用，MNS的固有强度对纳米薄膜力学性能的提升也有重要贡献。
芳纶纳米纤维 (ANF)兼具芳纶纤维轻质、高强高模、耐高温等的特点以及高性能纤维纳米尺度效应的双重优势，其薄膜强韧化受到研究者的广泛关注。本研究采用高速机械球磨法制备云母纳米片 (MNSs) 作为增强体，将其引入芳纶纤维的裂解过程中，在二甲基亚砜/氢氧化钾 (DMSO/KOH) 体系中制备芳纶纳米纤维，通过真空辅助过滤法制备ANF/MNS复合薄膜，重点探究了MNS含量对ANF薄膜力学性能的影响。结果表明：当MNS含量为0.041 wt.% 时所制备的薄膜力学性能和绝缘性能均最佳，拉伸强度可达249.3 MPa、韧性36.7 MJ·m−3、介电击穿强度46.2 kV·mm−1，与原始ANF薄膜相比，分别提升了45.1%、197.1%和60.0%。纳米尺度的MNS可以与ANF形成强的界面相互作用，MNS的固有强度对纳米薄膜力学性能的提升也有重要贡献。
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陶瓷基复合材料是一种典型的难加工材料，除了各向异性的特点外，其硬度仅次于金刚石和立方氮化硼。航空发动机热端部件内嵌孔(气膜孔等)是陶瓷基复合材料部件的基本结构，对陶瓷基复合材料构件制备成型和服役性能的发挥具有重要意义。本文给出了陶瓷基复合材料热端部件内嵌孔的分类，以及用于加工陶瓷基复合材料内嵌孔的方法，包括：常规机械加工方法，超声振动辅助加工方法，激光加工方法等，阐述了上述加工方法的加工原理、工艺特征、工艺参数的选取，以及加工缺陷特征、形成机制等，给出了不同直径、深径比陶瓷基复合材料内嵌孔加工工艺的建议。
陶瓷基复合材料是一种典型的难加工材料，除了各向异性的特点外，其硬度仅次于金刚石和立方氮化硼。航空发动机热端部件内嵌孔(气膜孔等)是陶瓷基复合材料部件的基本结构，对陶瓷基复合材料构件制备成型和服役性能的发挥具有重要意义。本文给出了陶瓷基复合材料热端部件内嵌孔的分类，以及用于加工陶瓷基复合材料内嵌孔的方法，包括：常规机械加工方法，超声振动辅助加工方法，激光加工方法等，阐述了上述加工方法的加工原理、工艺特征、工艺参数的选取，以及加工缺陷特征、形成机制等，给出了不同直径、深径比陶瓷基复合材料内嵌孔加工工艺的建议。
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设计了三种不同经纱路径的三维机织复合材料(3DWC)，利用试验研究，有限元分析，SEM形貌分析相结合的方法，研究了3DWC弯曲性能，损伤机理，断裂形貌特征。研究表明，经纱路径对3DWC弯曲性能有显著影响，相对于衬经平纹机织复合材料(SPWC)，随着经纱浮纱长度增加，衬经斜纹和衬经缎纹机织复合材料(STWC和SSWC)弯曲强度分别增加了54.64%和127.61%，弯曲模量分别增加了44.11%和47.11%。SPWC破坏模式为经纱和衬经纱断裂，STWC和SSWC失效模式以纱线断裂和界面脱粘为主。在弯曲载荷加载过程中衬经纱起主要的承载作用，而经纱路径的差异导致三种3DWC应力传递，裂纹扩展，弯曲性能和失效模式发生变化。
设计了三种不同经纱路径的三维机织复合材料(3DWC)，利用试验研究，有限元分析，SEM形貌分析相结合的方法，研究了3DWC弯曲性能，损伤机理，断裂形貌特征。研究表明，经纱路径对3DWC弯曲性能有显著影响，相对于衬经平纹机织复合材料(SPWC)，随着经纱浮纱长度增加，衬经斜纹和衬经缎纹机织复合材料(STWC和SSWC)弯曲强度分别增加了54.64%和127.61%，弯曲模量分别增加了44.11%和47.11%。SPWC破坏模式为经纱和衬经纱断裂，STWC和SSWC失效模式以纱线断裂和界面脱粘为主。在弯曲载荷加载过程中衬经纱起主要的承载作用，而经纱路径的差异导致三种3DWC应力传递，裂纹扩展，弯曲性能和失效模式发生变化。
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竹纤维/聚丙烯(BF/PP)复合材料常应用于户外市政工程领域。在高纬度地区时冷热湿冻的交变作用会使材料性能严重劣化。为探究BF/PP复合材料在高纬度地区的耐老化性能，采用相容剂和偶联剂协同改性的方法制备了BF/PP复合材料，研究了该材料在冻-融循环老化处理后的物理力学性能及表观性能的变化规律。采用5400 s短期蠕变试验方法研究了材料的蠕变行为，并利用扫描电子显微镜和傅里叶红外光谱分析了材料的微观形貌与化学组成。结果显示：720 h冻-融循环老化后，BF/PP复合材料的抗拉强度、抗弯强度、弯曲弹性模量、无缺口冲击强度的保留率为分别为76.90%、86.89%、82.81%、71.83%；材料产生了较深的交叉裂纹、孔洞和断层，表面疏水性下降，并出现了明显的色泽改变。进一步采用伯格斯(Burgers)模型对BF/PP复合材料的5400 s短期蠕变行为进行了拟合，探明了冻-融循环老化对BF/PP复合材料抗蠕变性能的影响机制。
竹纤维/聚丙烯(BF/PP)复合材料常应用于户外市政工程领域。在高纬度地区时冷热湿冻的交变作用会使材料性能严重劣化。为探究BF/PP复合材料在高纬度地区的耐老化性能，采用相容剂和偶联剂协同改性的方法制备了BF/PP复合材料，研究了该材料在冻-融循环老化处理后的物理力学性能及表观性能的变化规律。采用5400 s短期蠕变试验方法研究了材料的蠕变行为，并利用扫描电子显微镜和傅里叶红外光谱分析了材料的微观形貌与化学组成。结果显示：720 h冻-融循环老化后，BF/PP复合材料的抗拉强度、抗弯强度、弯曲弹性模量、无缺口冲击强度的保留率为分别为76.90%、86.89%、82.81%、71.83%；材料产生了较深的交叉裂纹、孔洞和断层，表面疏水性下降，并出现了明显的色泽改变。进一步采用伯格斯(Burgers)模型对BF/PP复合材料的5400 s短期蠕变行为进行了拟合，探明了冻-融循环老化对BF/PP复合材料抗蠕变性能的影响机制。
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宽检测范围和高灵敏度是保证柔性压力传感器在多种应用场景内保持高分辨率和高精度的关键参数。虽然目前已探索了多种微结构和复合材料介质层以提高传感器的灵敏度，但检测范围普遍较窄，并且宽检测范围和高灵敏度二者相互制约的问题始终无法解决。为此，设计了一种由空气层和多壁碳纳米管(MWCNTs)修饰的聚(偏二氟乙烯-三氟乙烯)P(VDF-TrFE)复合膜共同作为介质层的电容式柔性压力传感器。压力载荷下，空气层和复合介质层协同作用，使传感器检测范围从0.1~3.6 MPa扩宽至0.1~10 MPa，是目前已报道柔性压力传感器的最宽检测范围。同时，传感器在0.1~0.5 MPa和0.5~10 MPa范围内均展现出1.673 MPa−1和0.302 MPa−1的较高灵敏度以及优异的线性度。此外，考虑到实际应用，还开发了一套电容式压力传感器应力在线监测系统，准确性也达到了95.0 % 以上。基于传感器及其检测系统的开发与设计，成功展示了传感器在柔性电子器件领域和微小压力监测领域的潜在应用。
宽检测范围和高灵敏度是保证柔性压力传感器在多种应用场景内保持高分辨率和高精度的关键参数。虽然目前已探索了多种微结构和复合材料介质层以提高传感器的灵敏度，但检测范围普遍较窄，并且宽检测范围和高灵敏度二者相互制约的问题始终无法解决。为此，设计了一种由空气层和多壁碳纳米管(MWCNTs)修饰的聚(偏二氟乙烯-三氟乙烯)P(VDF-TrFE)复合膜共同作为介质层的电容式柔性压力传感器。压力载荷下，空气层和复合介质层协同作用，使传感器检测范围从0.1~3.6 MPa扩宽至0.1~10 MPa，是目前已报道柔性压力传感器的最宽检测范围。同时，传感器在0.1~0.5 MPa和0.5~10 MPa范围内均展现出1.673 MPa−1和0.302 MPa−1的较高灵敏度以及优异的线性度。此外，考虑到实际应用，还开发了一套电容式压力传感器应力在线监测系统，准确性也达到了95.0 % 以上。基于传感器及其检测系统的开发与设计，成功展示了传感器在柔性电子器件领域和微小压力监测领域的潜在应用。
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聚乳酸(PLA)是一种绿色可再生的、可降解的高分子材料，被认为是目前商业化程度最高的材料。然而，PLA材料主链结构的刚性决定了PLA的冲击强度弱、断裂伸长率低，限制了其在广泛领域的应用。本研究提出了一种双螺杆挤压法制备PLA和聚乙二醇(PEG)修饰木质素生物复合材料的方法，以期能够提升3D打印木质素/PLA复合材料的力学性能，拓展应用领域。对PEG修饰木质素的结构进行了初步研究。研究不同含量的碱木质素和PEG修饰木质素对PLA复合材料的物理力学性能、微观结构、热学性能和降解性能的影响。实验结果表明，采用酸催化PEG脱木质素的工艺能够将PEG接枝到木质素上，同时能够提高木质素的热性能。PEG修饰木质素的加入提高了聚乳酸复合材料的耐热性。与L30/PLA相比，PL30/PLA的拉伸应力和断裂伸长率分别提高了18.1%和81.9%。与纯聚乳酸相比，复合材料在水系统中具有更好的降解率，特别是在碱性介质中。因此，PEG修饰木质素不仅提高了木质素的附加值，而且为高性能PLA复合材料的生产提供了新的途径。
聚乳酸(PLA)是一种绿色可再生的、可降解的高分子材料，被认为是目前商业化程度最高的材料。然而，PLA材料主链结构的刚性决定了PLA的冲击强度弱、断裂伸长率低，限制了其在广泛领域的应用。本研究提出了一种双螺杆挤压法制备PLA和聚乙二醇(PEG)修饰木质素生物复合材料的方法，以期能够提升3D打印木质素/PLA复合材料的力学性能，拓展应用领域。对PEG修饰木质素的结构进行了初步研究。研究不同含量的碱木质素和PEG修饰木质素对PLA复合材料的物理力学性能、微观结构、热学性能和降解性能的影响。实验结果表明，采用酸催化PEG脱木质素的工艺能够将PEG接枝到木质素上，同时能够提高木质素的热性能。PEG修饰木质素的加入提高了聚乳酸复合材料的耐热性。与L30/PLA相比，PL30/PLA的拉伸应力和断裂伸长率分别提高了18.1%和81.9%。与纯聚乳酸相比，复合材料在水系统中具有更好的降解率，特别是在碱性介质中。因此，PEG修饰木质素不仅提高了木质素的附加值，而且为高性能PLA复合材料的生产提供了新的途径。
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兼具低烟低热和薄壁阻燃的无卤无氟聚碳酸酯(PC)的制备是该领域面临的一个挑战。以八甲基环四硅氧烷和硼酸为原料，通过缩聚反应制备了一种聚硼硅氧烷(PBS)阻燃剂，将其与硼酚醛树脂(LPR)复配制备了PBS-LPR/PC复合材料。结果表明，在PBS和LPR总添加量为10 wt%，质量比3∶1时，在PC中表现出最佳的协同阻燃效果，1.6 mm厚的PC样品能够通过UL-94垂直燃烧测试的V-0级别。与PC相比，该样品的峰值放热率(pHRR)、峰值产烟率(pSPR)、总热释放(THR)和总烟生成(TSP)分别降低了76%、64%、49%和65%。阻燃机制研究表明PBS和PC的交联成炭以及LPR的原位成炭是阻燃性能提高的主要原因。7.5%PBS-2.5%LPR/PC的缺口冲击强度是PC的2.3倍，材料表现出高韧的特性。
兼具低烟低热和薄壁阻燃的无卤无氟聚碳酸酯(PC)的制备是该领域面临的一个挑战。以八甲基环四硅氧烷和硼酸为原料，通过缩聚反应制备了一种聚硼硅氧烷(PBS)阻燃剂，将其与硼酚醛树脂(LPR)复配制备了PBS-LPR/PC复合材料。结果表明，在PBS和LPR总添加量为10 wt%，质量比3∶1时，在PC中表现出最佳的协同阻燃效果，1.6 mm厚的PC样品能够通过UL-94垂直燃烧测试的V-0级别。与PC相比，该样品的峰值放热率(pHRR)、峰值产烟率(pSPR)、总热释放(THR)和总烟生成(TSP)分别降低了76%、64%、49%和65%。阻燃机制研究表明PBS和PC的交联成炭以及LPR的原位成炭是阻燃性能提高的主要原因。7.5%PBS-2.5%LPR/PC的缺口冲击强度是PC的2.3倍，材料表现出高韧的特性。
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石墨烯以其独特的结构和优异的导热性能引起研究者的广泛关注。石墨烯作为一种具有较高热导率的二维材料，在含能材料、电池材料、导热复合材料等领域都有重要应用。石墨烯导热的理论和实验研究有助于加强对固体导热机制的理解，可以为能源技术、电子器件热管理和散热技术的发展以及高效导热材料的设计提供参考。近年来，有较多关于石墨烯热导率的报道，对石墨烯热导率报道进行总结有利于相关研究人员更好地开展工作。本文对石墨烯热导率的测试方法、影响因素及应用现状进行了总结。首先介绍单层石墨烯、少层和多层石墨烯以及石墨烯基复合材料热导率测试方法，包括拉曼光谱法、热桥法、激光闪射法和3ω法。然后总结石墨烯热导率的理论研究成果，介绍石墨烯本征热导率的影响因素，如尺寸、层数和缺陷等对热导率的影响。随后归纳总结石墨烯导热材料在含能材料、电池材料和改性复合材料中的应用情况。最后，对石墨烯导热的研究进行了总结，提出目前石墨烯导热研究中的问题和挑战，并且对未来可能的发展方向做出展望。
石墨烯以其独特的结构和优异的导热性能引起研究者的广泛关注。石墨烯作为一种具有较高热导率的二维材料，在含能材料、电池材料、导热复合材料等领域都有重要应用。石墨烯导热的理论和实验研究有助于加强对固体导热机制的理解，可以为能源技术、电子器件热管理和散热技术的发展以及高效导热材料的设计提供参考。近年来，有较多关于石墨烯热导率的报道，对石墨烯热导率报道进行总结有利于相关研究人员更好地开展工作。本文对石墨烯热导率的测试方法、影响因素及应用现状进行了总结。首先介绍单层石墨烯、少层和多层石墨烯以及石墨烯基复合材料热导率测试方法，包括拉曼光谱法、热桥法、激光闪射法和3ω法。然后总结石墨烯热导率的理论研究成果，介绍石墨烯本征热导率的影响因素，如尺寸、层数和缺陷等对热导率的影响。随后归纳总结石墨烯导热材料在含能材料、电池材料和改性复合材料中的应用情况。最后，对石墨烯导热的研究进行了总结，提出目前石墨烯导热研究中的问题和挑战，并且对未来可能的发展方向做出展望。
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C/C-ZrC-SiC复合材料作为一种极具前景的热防护材料，在航空航天领域均有广泛应用。但是反应熔渗法(Reactive melt infiltration，RMI)制备的C/C-ZrC-SiC复合材料却存在力学性能偏低的缺点，成为制约其发展应用的主要因素。为了改善 C/C- SiC-ZrC 基复合材料的纤维损伤和力学性能，通过化学气相沉积(Chemical vapor deposition, CVD)在碳纤维针刺坯体中引入了300 nm厚的热解碳(Pyrolysis carbon，PyC)界面、300 nm厚的PyC/SiC双层界面和100 nm、300 nm、800 nm厚的(PyC+SiC)共沉积界面，再采用RMI制备出C/C-SiC-ZrC复合材料。采用XRD、SEM、EPMA和TEM等分析手段研究了C/C-SiC-ZrC复合材料的物相、微观形貌、元素分布以及RMI后C/C-SiC-ZrC复合材料的界面损伤情况，并利用三点弯曲试验评估了RMI后试样的弯曲性能。结果表明：界面的引入不仅起到了对纤维的保护作用，同时也改善了纤维和基体间的结合状态，极大的避免了反应熔渗对碳纤维的侵蚀；PyC界面对纤维的保护作用有限，而PyC/SiC双层界面的保护作用最好；界面类型和界面厚度对复合材料力学性能产生重要影响，当界面厚度相同时，含(PyC+SiC)共沉积界面复合材料和含PyC/SiC双层界面复合材料的抗弯强度分别为162.80 MPa和208.58 MPa，均优于含PyC界面的复合材料；随(PyC+SiC)共沉积界面厚度的增大，复合材料的力学性能呈现先上升后下降的趋势。
C/C-ZrC-SiC复合材料作为一种极具前景的热防护材料，在航空航天领域均有广泛应用。但是反应熔渗法(Reactive melt infiltration，RMI)制备的C/C-ZrC-SiC复合材料却存在力学性能偏低的缺点，成为制约其发展应用的主要因素。为了改善 C/C- SiC-ZrC 基复合材料的纤维损伤和力学性能，通过化学气相沉积(Chemical vapor deposition, CVD)在碳纤维针刺坯体中引入了300 nm厚的热解碳(Pyrolysis carbon，PyC)界面、300 nm厚的PyC/SiC双层界面和100 nm、300 nm、800 nm厚的(PyC+SiC)共沉积界面，再采用RMI制备出C/C-SiC-ZrC复合材料。采用XRD、SEM、EPMA和TEM等分析手段研究了C/C-SiC-ZrC复合材料的物相、微观形貌、元素分布以及RMI后C/C-SiC-ZrC复合材料的界面损伤情况，并利用三点弯曲试验评估了RMI后试样的弯曲性能。结果表明：界面的引入不仅起到了对纤维的保护作用，同时也改善了纤维和基体间的结合状态，极大的避免了反应熔渗对碳纤维的侵蚀；PyC界面对纤维的保护作用有限，而PyC/SiC双层界面的保护作用最好；界面类型和界面厚度对复合材料力学性能产生重要影响，当界面厚度相同时，含(PyC+SiC)共沉积界面复合材料和含PyC/SiC双层界面复合材料的抗弯强度分别为162.80 MPa和208.58 MPa，均优于含PyC界面的复合材料；随(PyC+SiC)共沉积界面厚度的增大，复合材料的力学性能呈现先上升后下降的趋势。
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采用轧制结合退火的方式制备了厚度为0.12 mm、标距宽度为1~9 mm的H65-IF-H65层状复合材料，并借助EBSD、DIC技术、常规拉伸、原位拉伸和SEM等手段分析了试样宽度对复合材料的力学行为的影响。研究结果表明：层状复合材料中的H65-IF界面在退火过程中未发生元素扩散，界面结合方式为机械结合。随着标距宽度由9 mm 逐渐降低至1 mm，材料的抗拉强度、屈服强度基本保持不变，但总延伸率、均匀延伸率和不均匀延伸率分别由30.3%、23.4% 和6.9%下降至20.3%、18.8%和1.5%，加工硬化能力迅速减弱。与此同时，材料的应变集中程度逐渐加剧，拉伸断口上的韧窝带宽度变小且带内的韧窝数量和尺寸也明显减小，呈现出显著的尺寸效应。H65-IF-H65层状复合材料的尺寸效应主要源于剪切应力的交互作用随着标距宽度的降低而被抑制，裂纹更易沿单道剪切带快速扩展而导致塑性下降。
采用轧制结合退火的方式制备了厚度为0.12 mm、标距宽度为1~9 mm的H65-IF-H65层状复合材料，并借助EBSD、DIC技术、常规拉伸、原位拉伸和SEM等手段分析了试样宽度对复合材料的力学行为的影响。研究结果表明：层状复合材料中的H65-IF界面在退火过程中未发生元素扩散，界面结合方式为机械结合。随着标距宽度由9 mm 逐渐降低至1 mm，材料的抗拉强度、屈服强度基本保持不变，但总延伸率、均匀延伸率和不均匀延伸率分别由30.3%、23.4% 和6.9%下降至20.3%、18.8%和1.5%，加工硬化能力迅速减弱。与此同时，材料的应变集中程度逐渐加剧，拉伸断口上的韧窝带宽度变小且带内的韧窝数量和尺寸也明显减小，呈现出显著的尺寸效应。H65-IF-H65层状复合材料的尺寸效应主要源于剪切应力的交互作用随着标距宽度的降低而被抑制，裂纹更易沿单道剪切带快速扩展而导致塑性下降。
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短纤维增强复合材料弹性力学性能受其内部结构和基础材料性能影响显著，参数化分析这些影响需要极高的实验或数值分析成本。针对这一问题，本文将基于周期性代表性体积单元(RVE)的数值均匀化方法与人工神经网络(ANN)进行结合，分别构建了空间随机分布、层内随机分布和定向排列三种形式的短纤维增强复合材料力学性能预测代理模型。每个代理模型均可以快速实现不同参数组合(纤维长度、长径比、体积分数以及纤维和基体材料属性)下复合材料的等效弹性性能预测，拟合优度R2均在0.98以上，计算所用时间与常规模拟计算相比可忽略不计，大大节省了实验和计算成本，为短纤维增强复合材料的设计定制创造了重要条件。
短纤维增强复合材料弹性力学性能受其内部结构和基础材料性能影响显著，参数化分析这些影响需要极高的实验或数值分析成本。针对这一问题，本文将基于周期性代表性体积单元(RVE)的数值均匀化方法与人工神经网络(ANN)进行结合，分别构建了空间随机分布、层内随机分布和定向排列三种形式的短纤维增强复合材料力学性能预测代理模型。每个代理模型均可以快速实现不同参数组合(纤维长度、长径比、体积分数以及纤维和基体材料属性)下复合材料的等效弹性性能预测，拟合优度R2均在0.98以上，计算所用时间与常规模拟计算相比可忽略不计，大大节省了实验和计算成本，为短纤维增强复合材料的设计定制创造了重要条件。
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在复合材料成型过程中，预浸料/预浸料和预浸料/模具之间的摩擦滑移行为会导致褶皱、孔隙等缺陷，严重影响构件力学性能。然而复杂构件成型过程中预浸料层间摩擦行为影响因素众多，现有理论模型涵盖的工艺参数有限，导致成型工艺仿真精度低，无法满足高质量成型要求。本文设计了面向多工艺参数的碳纤维预浸料摩擦试验方法，研究了速率、法向力、粘度、表面粗糙度、接触材料、纤维方向等工艺参数对摩擦系数的影响规律，以典型纤维方向\begin{document}$ {{\text{0}}^{\text{o}}}{\text{/4}}{{\text{5}}^{\text{o}}}{\text{/9}}{{\text{0}}^{\text{o}}} $\end{document} \begin{document}$ {\text{[3}}{{\text{0}}^{\text{o}}}{\text{/}}{{\text{0}}^{\text{o}}}{\text{]}} $\end{document} \begin{document}$ {\text{[6}}{{\text{0}}^{\text{o}}}{\text{/}}{{\text{0}}^{\text{o}}}{\text{]}} $\end{document}
在复合材料成型过程中，预浸料/预浸料和预浸料/模具之间的摩擦滑移行为会导致褶皱、孔隙等缺陷，严重影响构件力学性能。然而复杂构件成型过程中预浸料层间摩擦行为影响因素众多，现有理论模型涵盖的工艺参数有限，导致成型工艺仿真精度低，无法满足高质量成型要求。本文设计了面向多工艺参数的碳纤维预浸料摩擦试验方法，研究了速率、法向力、粘度、表面粗糙度、接触材料、纤维方向等工艺参数对摩擦系数的影响规律，以典型纤维方向
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本文对纤维增强树脂基复合材料在抗冲击领域的吸能机制及损伤模式进行了综述。首先，介绍了纤维增强复合材料在弹道防护、航空航天等领域的应用，对比了超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维、芳纶纤维、碳纤维等高性能纤维的优缺点；其次，以各种纤维增强树脂基复合材料的弹道实验及理论模拟为基础，分析了防弹复合材料的吸能机制和损伤模式，发现拉伸变形是复合材料的主要吸能方式，分层破坏是其主要损伤模式；最后，总结了纤维编织结构的分类、特点及其对复合材料防弹性能的影响并对纤维增强树脂基复合材料的发展前景进行了展望。
本文对纤维增强树脂基复合材料在抗冲击领域的吸能机制及损伤模式进行了综述。首先，介绍了纤维增强复合材料在弹道防护、航空航天等领域的应用，对比了超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维、芳纶纤维、碳纤维等高性能纤维的优缺点；其次，以各种纤维增强树脂基复合材料的弹道实验及理论模拟为基础，分析了防弹复合材料的吸能机制和损伤模式，发现拉伸变形是复合材料的主要吸能方式，分层破坏是其主要损伤模式；最后，总结了纤维编织结构的分类、特点及其对复合材料防弹性能的影响并对纤维增强树脂基复合材料的发展前景进行了展望。
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在防腐领域，环氧树脂防腐复合涂层是防止金属腐蚀的优良材料。环氧树脂涂层在金属和腐蚀性离子之间形成了屏障，但环氧树脂在固化期间，由于机械破裂和微孔的形成，防腐效果并不持久。本文介绍了纳米粒子改性环氧树脂防腐涂层、微/纳米容器改性环氧树脂防腐涂层、生物基材料改性环氧树脂防腐涂层这3种提高环氧树脂防腐性能的策略，综述了环氧树脂防腐复合涂层改性的研究进展，并展望了环氧树脂防腐复合涂层未来的发展方向，未来应该开发出兼具智能自预警与自修复、多功能化、成本效益的绿色环氧防腐复合涂层。
在防腐领域，环氧树脂防腐复合涂层是防止金属腐蚀的优良材料。环氧树脂涂层在金属和腐蚀性离子之间形成了屏障，但环氧树脂在固化期间，由于机械破裂和微孔的形成，防腐效果并不持久。本文介绍了纳米粒子改性环氧树脂防腐涂层、微/纳米容器改性环氧树脂防腐涂层、生物基材料改性环氧树脂防腐涂层这3种提高环氧树脂防腐性能的策略，综述了环氧树脂防腐复合涂层改性的研究进展，并展望了环氧树脂防腐复合涂层未来的发展方向，未来应该开发出兼具智能自预警与自修复、多功能化、成本效益的绿色环氧防腐复合涂层。
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碳纤维增强热塑性树脂基复合材料(CFRTP)是高端装备减重增效的优选材料。而CFRTP是一种典型的难加工材料，加工中损伤频发。本文对切削CFRTP时的材料去除及损伤形成过程进行了仿真与实验研究。CFRTP切削时易产生塑性变形，且材料性能受温度影响较大。本文建立CFRTP三维正交切削细观仿真模型，并引入J-C模型表征树脂在不同温度下的弹塑性变形。分析了温度及纤维方向角对CFRTP切削去除过程的影响。结果表明，常温下切削，0°及45°纤维方向角时，已加工面较平整，加工质量较好；90°及135°纤维方向角时，纤维弯曲程度明显增大，已加工面有裂纹产生，加工质量较差。高温下切削，0°纤维方向角时，已加工面出现未去除材料；45°纤维方向角时，已加工面出现裂纹，部分纤维未被切断；90°及135°纤维方向角时，已加工面出现更大开裂，工件出现明显的沿厚度方向上的面外变形，发生面外变形的材料难以被有效去除。
碳纤维增强热塑性树脂基复合材料(CFRTP)是高端装备减重增效的优选材料。而CFRTP是一种典型的难加工材料，加工中损伤频发。本文对切削CFRTP时的材料去除及损伤形成过程进行了仿真与实验研究。CFRTP切削时易产生塑性变形，且材料性能受温度影响较大。本文建立CFRTP三维正交切削细观仿真模型，并引入J-C模型表征树脂在不同温度下的弹塑性变形。分析了温度及纤维方向角对CFRTP切削去除过程的影响。结果表明，常温下切削，0°及45°纤维方向角时，已加工面较平整，加工质量较好；90°及135°纤维方向角时，纤维弯曲程度明显增大，已加工面有裂纹产生，加工质量较差。高温下切削，0°纤维方向角时，已加工面出现未去除材料；45°纤维方向角时，已加工面出现裂纹，部分纤维未被切断；90°及135°纤维方向角时，已加工面出现更大开裂，工件出现明显的沿厚度方向上的面外变形，发生面外变形的材料难以被有效去除。
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随着碳纤维增强树脂基复合材料在航天领域中的广泛应用，结构/功能一体化碳纤维(CF)复合材料将发挥出重要作用。本文采用功能化层间技术(Functional Interlayer Technology，FIT)制备了高导热沥青基碳纤维增强氰酸酯复合材料。在短切碳纤维薄膜表面电泳沉积石墨烯片(GNPs)和Al2O3制备薄膜材料GNPs-Al2O3/CF作为多功能插层结构，以其取代纤维层之间的富树脂层区域。后者表现出良好的导热性能，正交铺层复合材料的面内热导率和面外热导率分别提高了123.1%和77.5%，准各向同性铺层复合材料的面内热导率和面外热导率分别提高了119.0%和50.0%。此外，多功能插层结构的加入可以阻碍裂纹的扩展，改善复合材料层间韧性。因此，多功能插层结构既能在层间形成有效的导热网络结构改善复合材料面内和面外热导率，又能提高层间区域的增韧效率。
随着碳纤维增强树脂基复合材料在航天领域中的广泛应用，结构/功能一体化碳纤维(CF)复合材料将发挥出重要作用。本文采用功能化层间技术(Functional Interlayer Technology，FIT)制备了高导热沥青基碳纤维增强氰酸酯复合材料。在短切碳纤维薄膜表面电泳沉积石墨烯片(GNPs)和Al2O3制备薄膜材料GNPs-Al2O3/CF作为多功能插层结构，以其取代纤维层之间的富树脂层区域。后者表现出良好的导热性能，正交铺层复合材料的面内热导率和面外热导率分别提高了123.1%和77.5%，准各向同性铺层复合材料的面内热导率和面外热导率分别提高了119.0%和50.0%。此外，多功能插层结构的加入可以阻碍裂纹的扩展，改善复合材料层间韧性。因此，多功能插层结构既能在层间形成有效的导热网络结构改善复合材料面内和面外热导率，又能提高层间区域的增韧效率。
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针对去离子水环境中GFRP复合材料，研究了温度与应力水平对水环境中GFRP蠕变性能的影响。对试样用树脂封边处理后，采用恒载荷弯曲腐蚀试验机，进行了20%应力水平下，20℃、30℃、40℃、50℃、60℃条件下的长期蠕变实验，和30℃条件下，20%、30%、40%、50%等多种应力水平下的长期蠕变实验，分别研究了不同温度和不同应力水平对GFRP蠕变性能的影响，并量化了温度与应力水平对去离子水环境中GFRP的蠕变性能的综合影响，建立了改进Findley非线性蠕变模型。并通过短梁剪切法测试了去离子水环境对GFRP层间剪切强度的影响。结果表明，改进Findley非线性蠕变模型可描述GFRP在20~60℃、低于其蠕变断裂应力水平下的蠕变性能，适用范围广，准确性高，与实验结果吻合良好。根据此模型可预测GFRP在去离子水环境中不同温度不同应力水下的GFRP复合材料的长期蠕变性能，预测误差均在2%以内。去离子水对经过封边处理的GFRP试样的层间剪切强度影响甚小。本文所得结果为GFRP结构的设计提供依据。
针对去离子水环境中GFRP复合材料，研究了温度与应力水平对水环境中GFRP蠕变性能的影响。对试样用树脂封边处理后，采用恒载荷弯曲腐蚀试验机，进行了20%应力水平下，20℃、30℃、40℃、50℃、60℃条件下的长期蠕变实验，和30℃条件下，20%、30%、40%、50%等多种应力水平下的长期蠕变实验，分别研究了不同温度和不同应力水平对GFRP蠕变性能的影响，并量化了温度与应力水平对去离子水环境中GFRP的蠕变性能的综合影响，建立了改进Findley非线性蠕变模型。并通过短梁剪切法测试了去离子水环境对GFRP层间剪切强度的影响。结果表明，改进Findley非线性蠕变模型可描述GFRP在20~60℃、低于其蠕变断裂应力水平下的蠕变性能，适用范围广，准确性高，与实验结果吻合良好。根据此模型可预测GFRP在去离子水环境中不同温度不同应力水下的GFRP复合材料的长期蠕变性能，预测误差均在2%以内。去离子水对经过封边处理的GFRP试样的层间剪切强度影响甚小。本文所得结果为GFRP结构的设计提供依据。
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采用准静态轴向压缩实验和有限元仿真相结合的方法，对三维编织(3 dimensional braided，3D)-单向铺层(unidirectional ply, UD)混合的碳纤维复合材料管的轴向压缩性能和破坏机制进行了研究。实验表明，3D-UD混合管具有更稳定的压缩吸能模式；相比UD管，混合管的峰值载荷、总吸能和比吸能分别提高了20.3%、109.2%和67.1%。进一步对3D-UD混合管的破坏过程进行了有限元仿真分析，仿真得到的载荷-位移曲线与实验结果吻合较好，验证了仿真模型的有效性。结合实验结果与混合管损伤变形的仿真分析，发现由于外层3D和内层3D对夹层UD的束缚和支撑作用抑制了UD管管壁因弯折过大而断裂，同时由于夹层UD管的稳定破坏吸能使得3D管未发生严重的编织层卷曲现象，因此3D-UD混合管可以有效抵抗管壁变形，提高轴向压缩下的稳定性和吸能性。
采用准静态轴向压缩实验和有限元仿真相结合的方法，对三维编织(3 dimensional braided，3D)-单向铺层(unidirectional ply, UD)混合的碳纤维复合材料管的轴向压缩性能和破坏机制进行了研究。实验表明，3D-UD混合管具有更稳定的压缩吸能模式；相比UD管，混合管的峰值载荷、总吸能和比吸能分别提高了20.3%、109.2%和67.1%。进一步对3D-UD混合管的破坏过程进行了有限元仿真分析，仿真得到的载荷-位移曲线与实验结果吻合较好，验证了仿真模型的有效性。结合实验结果与混合管损伤变形的仿真分析，发现由于外层3D和内层3D对夹层UD的束缚和支撑作用抑制了UD管管壁因弯折过大而断裂，同时由于夹层UD管的稳定破坏吸能使得3D管未发生严重的编织层卷曲现象，因此3D-UD混合管可以有效抵抗管壁变形，提高轴向压缩下的稳定性和吸能性。
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利用4D X射线CT原位拉伸试验和深度学习技术，表征拉伸作用下准各向同性铺层缎纹C/SiC的损伤失效过程，揭示(0°/90°)铺层拉伸和(±45°)铺层剪切耦合作用的材料损伤演化机理。基于深度学习图像分割方法对载荷作用下基体裂纹、分层等损伤进行智能识别，提取损伤特征开展定量分析，结合断口形貌探究损伤与失效机理。研究发现：基体裂纹中±45°斜裂纹占主要部分，演化过程为初期裂纹不断扩展；横向裂纹虽然少于斜裂纹，但其长度和裂纹张开位移发展快；基体裂纹沿层间界面偏转诱发分层。(0°/90°)缎纹铺层组织点区90°纤维束出现横向开裂，浮长区伴随纤维束弯曲；组织点区0°纤维束发生断裂，浮长区伴随纤维束纵向劈裂。(±45°)缎纹铺层发生−45°(或+45°)纤维束斜向劈裂和相对错动，同层+45°(或−45°)纤维束则发生纤维束断裂，伴随纤维桥连弯曲。
利用4D X射线CT原位拉伸试验和深度学习技术，表征拉伸作用下准各向同性铺层缎纹C/SiC的损伤失效过程，揭示(0°/90°)铺层拉伸和(±45°)铺层剪切耦合作用的材料损伤演化机理。基于深度学习图像分割方法对载荷作用下基体裂纹、分层等损伤进行智能识别，提取损伤特征开展定量分析，结合断口形貌探究损伤与失效机理。研究发现：基体裂纹中±45°斜裂纹占主要部分，演化过程为初期裂纹不断扩展；横向裂纹虽然少于斜裂纹，但其长度和裂纹张开位移发展快；基体裂纹沿层间界面偏转诱发分层。(0°/90°)缎纹铺层组织点区90°纤维束出现横向开裂，浮长区伴随纤维束弯曲；组织点区0°纤维束发生断裂，浮长区伴随纤维束纵向劈裂。(±45°)缎纹铺层发生−45°(或+45°)纤维束斜向劈裂和相对错动，同层+45°(或−45°)纤维束则发生纤维束断裂，伴随纤维桥连弯曲。
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作为首次尝试，采用增量微分求积单元法(IDQEM)开展了功能梯度材料(FGM)夹层板的一维非线性瞬态传热分析。夹层板组分材料的热工参数随空间位置变化，且具有温度依赖性。基于IDQEM，沿层界面将夹层板划分为三个空间子域，同时将整个受热过程划分为若干时间子域。采用微分求积技术对任一时间子域内的控制方程、初始条件、界面条件以及边界条件进行离散处理。由于所获得的离散方程建立在不同区域的节点上，因此对方程进行修改并将其表示为矩阵形式，以便它们可以建立在同一区域中。采用Kronecker积将联立的矩阵方程转化为一系列代数方程组，并采用Newton-Raphson迭代法近似求解，即可获得单个时间子域内的温度解。由于每个时间子域的初始条件可由上一个时间子域最终时刻的温度分布决定，因此从第一个时间子域逐渐递推到最后一个子域，即可获得整个受热过程的温度分布。数值算例验证了本方法的快速收敛性，与已有文献的解析和数值结果的对比验证了本方法的正确性。最后，讨论了热工参数温度依赖性、体积分数指数以及热边界条件对FGM夹层板温度分布的影响。
作为首次尝试，采用增量微分求积单元法(IDQEM)开展了功能梯度材料(FGM)夹层板的一维非线性瞬态传热分析。夹层板组分材料的热工参数随空间位置变化，且具有温度依赖性。基于IDQEM，沿层界面将夹层板划分为三个空间子域，同时将整个受热过程划分为若干时间子域。采用微分求积技术对任一时间子域内的控制方程、初始条件、界面条件以及边界条件进行离散处理。由于所获得的离散方程建立在不同区域的节点上，因此对方程进行修改并将其表示为矩阵形式，以便它们可以建立在同一区域中。采用Kronecker积将联立的矩阵方程转化为一系列代数方程组，并采用Newton-Raphson迭代法近似求解，即可获得单个时间子域内的温度解。由于每个时间子域的初始条件可由上一个时间子域最终时刻的温度分布决定，因此从第一个时间子域逐渐递推到最后一个子域，即可获得整个受热过程的温度分布。数值算例验证了本方法的快速收敛性，与已有文献的解析和数值结果的对比验证了本方法的正确性。最后，讨论了热工参数温度依赖性、体积分数指数以及热边界条件对FGM夹层板温度分布的影响。
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植物纤维具有绿色环保、轻质高强、吸声隔热和低碳足迹等优点，与聚合物制备成复合材料后被广泛应用于汽车、航空、建筑和包装运输等领域。本文简述了植物长纤维的种类和提取方法对其物理性能的影响，同时结合纤维取向分布、纤维表面改性、复合材料成型工艺以及拉伸载荷下复合材料的失效模式，概述了植物长纤维作为增强体时对复合材料物理性能的影响，并对植物长纤维增强可降解复合材料的应用进行了总结和展望。
植物纤维具有绿色环保、轻质高强、吸声隔热和低碳足迹等优点，与聚合物制备成复合材料后被广泛应用于汽车、航空、建筑和包装运输等领域。本文简述了植物长纤维的种类和提取方法对其物理性能的影响，同时结合纤维取向分布、纤维表面改性、复合材料成型工艺以及拉伸载荷下复合材料的失效模式，概述了植物长纤维作为增强体时对复合材料物理性能的影响，并对植物长纤维增强可降解复合材料的应用进行了总结和展望。
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橡胶/钢帘线复合材料的传热与温度场分析对橡胶制品的硫化成型、热氧老化、热疲劳寿命研究具有重要意义。本文基于多尺度传热模型对不同钢帘线占比、排列角度和温升工况下的橡胶/钢帘线复合材料传热和散热机制进行研究，并通过实验验证。结果表明，橡胶/钢帘线复合材料呈现明显的各向异性传热行为，传热界面的热流聚集效应会加速热量的层间扩散，使温度分布更均匀。模拟计算得到的辐射散热发射率高达0.95，且随着钢帘线占比增大和温度升高，辐射散热行为越明显。对比串并联传热模型，多尺度传热模型预测误差从10.1%减小到2.5%。
橡胶/钢帘线复合材料的传热与温度场分析对橡胶制品的硫化成型、热氧老化、热疲劳寿命研究具有重要意义。本文基于多尺度传热模型对不同钢帘线占比、排列角度和温升工况下的橡胶/钢帘线复合材料传热和散热机制进行研究，并通过实验验证。结果表明，橡胶/钢帘线复合材料呈现明显的各向异性传热行为，传热界面的热流聚集效应会加速热量的层间扩散，使温度分布更均匀。模拟计算得到的辐射散热发射率高达0.95，且随着钢帘线占比增大和温度升高，辐射散热行为越明显。对比串并联传热模型，多尺度传热模型预测误差从10.1%减小到2.5%。
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聚苯硫醚(PPS)是一种热塑性工程材料，具有强度高、稳定性好等优点，现已在国防、民用领域得到广泛的应用。然而PPS本身的韧性较差，通常通过添加弹性体进行增韧改性以扩大其应用范围。本研究基于高拉伸混沌流的混炼转子，通过熔融共混法制备了氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物/聚苯硫醚(SEBS/PPS)复合材料，研究了不同含量SEBS在高拉伸外场作用下的微观形态演变行为，分析了其对PPS基复合材料力学性能的影响规律。结果表明：随着SEBS含量的增加，PPS基复合材料的冲击强度和断裂伸长率呈现先增加后下降的趋势；当SEBS含量达到6wt%时，复合材料呈现韧性断裂行为，其冲击强度和断裂伸长率达到最高，分别为67.8J/m和6.1%。通过对复合材料微观结构分析发现：在高拉伸混炼转子作用下，当SEBS含量在0~6wt%之间时，SEBS粒径尺寸较小，分布均匀，液滴形态向拉伸棒状演变，此时复合材料发生脆韧转变，韧性明显增强，且在6wt% SEBS含量的复合材料受到冲击力时引发多重银纹，发生剪切屈服，表现为塑性变形；当SEBS含量继续增加时，其团聚行为加剧，粒径尺寸随之逐渐增加，且分布较宽，同时两相界面出现大量空穴区域，在引发银纹发展的同时也会导致复合材料的断裂失效，使得复合材料冲击强度有所下降。
聚苯硫醚(PPS)是一种热塑性工程材料，具有强度高、稳定性好等优点，现已在国防、民用领域得到广泛的应用。然而PPS本身的韧性较差，通常通过添加弹性体进行增韧改性以扩大其应用范围。本研究基于高拉伸混沌流的混炼转子，通过熔融共混法制备了氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物/聚苯硫醚(SEBS/PPS)复合材料，研究了不同含量SEBS在高拉伸外场作用下的微观形态演变行为，分析了其对PPS基复合材料力学性能的影响规律。结果表明：随着SEBS含量的增加，PPS基复合材料的冲击强度和断裂伸长率呈现先增加后下降的趋势；当SEBS含量达到6wt%时，复合材料呈现韧性断裂行为，其冲击强度和断裂伸长率达到最高，分别为67.8J/m和6.1%。通过对复合材料微观结构分析发现：在高拉伸混炼转子作用下，当SEBS含量在0~6wt%之间时，SEBS粒径尺寸较小，分布均匀，液滴形态向拉伸棒状演变，此时复合材料发生脆韧转变，韧性明显增强，且在6wt% SEBS含量的复合材料受到冲击力时引发多重银纹，发生剪切屈服，表现为塑性变形；当SEBS含量继续增加时，其团聚行为加剧，粒径尺寸随之逐渐增加，且分布较宽，同时两相界面出现大量空穴区域，在引发银纹发展的同时也会导致复合材料的断裂失效，使得复合材料冲击强度有所下降。
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精密仪器对承载平台结构的要求不断提高，蜂窝结构由于其轻质和超高稳定性的特点而受到广泛关注。为了满足异形复合材料承载平台的需求，本文采用热压成型和树脂浸渍碳化-化学气相沉积(CVD)相结合的工艺制备了不同规格曲面碳/碳蜂窝结构试样，而后，根据曲面蜂窝的结构特点和服役环境，设计了均布载荷的测试方法对不同试样进行压缩试验，分析了蜂窝厚度、铺层角度、曲率半径等因素对曲面蜂窝力学性能的影响规律。结果表明，当蜂窝的径向厚度增大时，蜂窝壁屈曲程度增大，蜂窝双层壁处所受载荷增大，胶粘面开裂倾向更加显著；当蜂窝纤维取向由0°至45°转变蜂窝壁皱曲转变方式为不皱曲-韧性皱曲-塑性皱曲；当曲面蜂窝的曲率半径减小时，其破坏模式逐渐由双层壁脱粘开裂向蜂窝壁的屈曲断裂转变。本文制备的曲面碳/碳蜂窝压缩强度达到1.48 MPa，具备良好的力学性能，可以满足日益复杂化的航天结构承载需求。
精密仪器对承载平台结构的要求不断提高，蜂窝结构由于其轻质和超高稳定性的特点而受到广泛关注。为了满足异形复合材料承载平台的需求，本文采用热压成型和树脂浸渍碳化-化学气相沉积(CVD)相结合的工艺制备了不同规格曲面碳/碳蜂窝结构试样，而后，根据曲面蜂窝的结构特点和服役环境，设计了均布载荷的测试方法对不同试样进行压缩试验，分析了蜂窝厚度、铺层角度、曲率半径等因素对曲面蜂窝力学性能的影响规律。结果表明，当蜂窝的径向厚度增大时，蜂窝壁屈曲程度增大，蜂窝双层壁处所受载荷增大，胶粘面开裂倾向更加显著；当蜂窝纤维取向由0°至45°转变蜂窝壁皱曲转变方式为不皱曲-韧性皱曲-塑性皱曲；当曲面蜂窝的曲率半径减小时，其破坏模式逐渐由双层壁脱粘开裂向蜂窝壁的屈曲断裂转变。本文制备的曲面碳/碳蜂窝压缩强度达到1.48 MPa，具备良好的力学性能，可以满足日益复杂化的航天结构承载需求。
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航空航天作为目前最前沿、最基础和最具影响力的科学技术研究领域，其科学研究发展水平是衡量国家科学技术创新性的重要标志。航空航天保温隔热材料作为航空航天技术发展最重要的技术支撑，如何制备出具有良好保温隔热性能和机械强度的材料对航空航天技术的发展具有重要意义。SiO2气凝胶凭借超低热导率、高孔隙率、高比表面积和超低密度等优异性能，在深空探测器、太阳能翻板、航天飞机发动机、固体火箭助推器和返回舱底座等特种工程设备材料具有较好的应用前景。近年来，随着SiO2气凝胶研究方法与制备技术的不断发展，通过将其与具有高强度、耐高温性等功能材料进行复合，可协同提升其保温隔热和机械强度等性能，对航空航天特种工程材料发展至关重要。鉴于此，本文简述了SiO2气凝胶的发展历程，详细分析总结了SiO2气凝胶与常见氧化物、纤维增强和有机聚合物等增强材料复合形成的气凝胶复合材料在航空航天领域的研究进展，主要从SiO2气凝胶复合材料的制备方法、结构特征、保温隔热、力学性能等方面进行评述，并展望了SiO2气凝胶复合材料在该领域研究应用所存在的问题、面临的挑战和未来发展方向。
航空航天作为目前最前沿、最基础和最具影响力的科学技术研究领域，其科学研究发展水平是衡量国家科学技术创新性的重要标志。航空航天保温隔热材料作为航空航天技术发展最重要的技术支撑，如何制备出具有良好保温隔热性能和机械强度的材料对航空航天技术的发展具有重要意义。SiO2气凝胶凭借超低热导率、高孔隙率、高比表面积和超低密度等优异性能，在深空探测器、太阳能翻板、航天飞机发动机、固体火箭助推器和返回舱底座等特种工程设备材料具有较好的应用前景。近年来，随着SiO2气凝胶研究方法与制备技术的不断发展，通过将其与具有高强度、耐高温性等功能材料进行复合，可协同提升其保温隔热和机械强度等性能，对航空航天特种工程材料发展至关重要。鉴于此，本文简述了SiO2气凝胶的发展历程，详细分析总结了SiO2气凝胶与常见氧化物、纤维增强和有机聚合物等增强材料复合形成的气凝胶复合材料在航空航天领域的研究进展，主要从SiO2气凝胶复合材料的制备方法、结构特征、保温隔热、力学性能等方面进行评述，并展望了SiO2气凝胶复合材料在该领域研究应用所存在的问题、面临的挑战和未来发展方向。
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水体的农药污染对人体健康构成潜在威胁。采用一步溶剂热法合成了一种新型S0.1−(3/7)BiOI/BiOBr(S0.1BBI0.3)光催化剂。通过XRD、SEM、XPS、UV−Vis DRS、EIS等手段表征其结构、形貌和光学性能等理化性质。S0.1BBI0.3呈二维纳米片堆积而成的花状微球结构，Z型异质结和S掺杂双策略共修饰拓宽了BiOBr的光响应范围，有效防止光生电子−空穴对在S0.1BBI0.3内部复合，提高光生载流子的氧化还原能力，同时能够提高比表面积，提供更丰富的介孔结构，显著提升吸附性能，并为光催化反应提供了更多的活性位点。光催化实验结果表明，合成的S0.1BBI0.3在可见光下对2,4−二氯苯氧乙酸(2,4−D)具有最佳的吸附和光催化性能，在45 min黑暗和120 min光照条件下，2,4−D去除率最高可达91.8%。ESR技术证实·O2−是S0.1BBI0.3的光催化活性物质。
水体的农药污染对人体健康构成潜在威胁。采用一步溶剂热法合成了一种新型S0.1−(3/7)BiOI/BiOBr(S0.1BBI0.3)光催化剂。通过XRD、SEM、XPS、UV−Vis DRS、EIS等手段表征其结构、形貌和光学性能等理化性质。S0.1BBI0.3呈二维纳米片堆积而成的花状微球结构，Z型异质结和S掺杂双策略共修饰拓宽了BiOBr的光响应范围，有效防止光生电子−空穴对在S0.1BBI0.3内部复合，提高光生载流子的氧化还原能力，同时能够提高比表面积，提供更丰富的介孔结构，显著提升吸附性能，并为光催化反应提供了更多的活性位点。光催化实验结果表明，合成的S0.1BBI0.3在可见光下对2,4−二氯苯氧乙酸(2,4−D)具有最佳的吸附和光催化性能，在45 min黑暗和120 min光照条件下，2,4−D去除率最高可达91.8%。ESR技术证实·O2−是S0.1BBI0.3的光催化活性物质。
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随着智能可穿戴柔性电子技术在生物医疗、电子皮肤、人机交互等领域的快速发展和应用，兼具高灵敏度和宽检测范围的柔性压力传感器的研究需求被提上日程。本文采用聚氨酯海绵(PU)作为基底，通过超声浸渍涂覆的方法将炭黑-钛酸钡(CB-BTO)复合材料结合在聚氨酯海绵上，制备出了CB-BTO/PU海绵柔性电容式压力传感器。经测试，传感器兼具了高灵敏度(~0.7911 kPa−1)和宽的检测范围(0~300 kPa)等特性。同时，并对传感器的响应时间、最低检测限及稳定性等进行研究。此外，还对传感器进行了四个不同压力量程范围的应用测试，验证了传感器在高灵敏度和宽检测范围的应用潜力，为低成本、大规模制备高性能柔性传感器提供了新的可能性方案。
随着智能可穿戴柔性电子技术在生物医疗、电子皮肤、人机交互等领域的快速发展和应用，兼具高灵敏度和宽检测范围的柔性压力传感器的研究需求被提上日程。本文采用聚氨酯海绵(PU)作为基底，通过超声浸渍涂覆的方法将炭黑-钛酸钡(CB-BTO)复合材料结合在聚氨酯海绵上，制备出了CB-BTO/PU海绵柔性电容式压力传感器。经测试，传感器兼具了高灵敏度(~0.7911 kPa−1)和宽的检测范围(0~300 kPa)等特性。同时，并对传感器的响应时间、最低检测限及稳定性等进行研究。此外，还对传感器进行了四个不同压力量程范围的应用测试，验证了传感器在高灵敏度和宽检测范围的应用潜力，为低成本、大规模制备高性能柔性传感器提供了新的可能性方案。
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后高温热处理对反应熔融浸渗法(RMI)制备C/C-SiC复合材料的微观结构与性能有着至关重要的影响。为研究后高温热处理对RMI制备C/C-SiC复合材料微观结构和力学性能影响及机制，本研究通过等温化学气相渗透法(CVI)工艺，以天然气为碳源气体，氮气为载气和稀释气体，在碳纤维预制体内部沉积热解碳基体，制得密度为1.2 g/cm3的C/C多孔体，然后通过反应熔融浸渗法制备出C/C-SiC复合材料，研究了不同后高温热处理温度对C/C-SiC复合材料相组成、内应力及力学性能的影响。将制备得到的C/C-SiC复合材料分别在1300℃、1500℃和1700℃下进行后高温热处理，研究了后高温热处理对C/C-SiC复合材料密度、孔隙率、基体成分、内应力以及对弯曲性能的影响。结果表明:经1300℃、1500℃及1700℃后热处理后，C/C-SiC复合材料的密度降低，开孔率增加，SiC基体含量上升，SiC基体的分布更为广泛，同时还伴随有残余Si挥发产生的大孔，残余Si含量显著降低。在1300℃、1500℃和1700℃的后热处理导致弯曲强度先增加后减小，1500℃后处理时弯曲强度最大为296.52 MPa，随着后处理温度提高，弯曲模量降低，1700℃后热处理下降程度最大。
后高温热处理对反应熔融浸渗法(RMI)制备C/C-SiC复合材料的微观结构与性能有着至关重要的影响。为研究后高温热处理对RMI制备C/C-SiC复合材料微观结构和力学性能影响及机制，本研究通过等温化学气相渗透法(CVI)工艺，以天然气为碳源气体，氮气为载气和稀释气体，在碳纤维预制体内部沉积热解碳基体，制得密度为1.2 g/cm3的C/C多孔体，然后通过反应熔融浸渗法制备出C/C-SiC复合材料，研究了不同后高温热处理温度对C/C-SiC复合材料相组成、内应力及力学性能的影响。将制备得到的C/C-SiC复合材料分别在1300℃、1500℃和1700℃下进行后高温热处理，研究了后高温热处理对C/C-SiC复合材料密度、孔隙率、基体成分、内应力以及对弯曲性能的影响。结果表明:经1300℃、1500℃及1700℃后热处理后，C/C-SiC复合材料的密度降低，开孔率增加，SiC基体含量上升，SiC基体的分布更为广泛，同时还伴随有残余Si挥发产生的大孔，残余Si含量显著降低。在1300℃、1500℃和1700℃的后热处理导致弯曲强度先增加后减小，1500℃后处理时弯曲强度最大为296.52 MPa，随着后处理温度提高，弯曲模量降低，1700℃后热处理下降程度最大。
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伴随着智能通信的迅猛发展，信息传输带来的电磁辐射问题愈发严峻，传统吸波材料存在衰减能力差、阻抗匹配难以调节等缺点，已不能满足实际应用。本文基于电磁损耗理论、多组分协同损耗和三维多孔气凝胶构筑的设计策略，应用水热合成法制备石墨烯气凝胶(GA)，在溶剂热反应中添加由MnO2包覆的镍锌铁氧体(NiZnFe2O4@MnO2)微球，与石墨烯介电材料复合，制备超蓬松磁掺杂石墨烯基复合气凝胶(NiZnFe2O4@MnO2/GA)粉体。实验测试了复合气凝胶的吸波特性，分析了热处理温度和磁掺杂量对复合气凝胶吸波性能的影响机制及规律。结果可知，热处理温度为300 ℃，镍锌铁氧体掺杂量为15 wt%时，复合气凝胶吸波效果最优。其匹配厚度为2.9 mm时，在频率为8.72 GHz处，最小反射损耗(RLmin)达到了-47.27 dB，有效吸收带宽(EAB)为3.2 GHz，覆盖了X波段的大部分，且填料负载率仅为10 wt%。本研究解决了材料阻抗匹配性差的问题，优化了吸波材料的介电损耗和磁损耗能力，满足了对吸波材料“薄、轻、宽、强”的应用要求。
伴随着智能通信的迅猛发展，信息传输带来的电磁辐射问题愈发严峻，传统吸波材料存在衰减能力差、阻抗匹配难以调节等缺点，已不能满足实际应用。本文基于电磁损耗理论、多组分协同损耗和三维多孔气凝胶构筑的设计策略，应用水热合成法制备石墨烯气凝胶(GA)，在溶剂热反应中添加由MnO2包覆的镍锌铁氧体(NiZnFe2O4@MnO2)微球，与石墨烯介电材料复合，制备超蓬松磁掺杂石墨烯基复合气凝胶(NiZnFe2O4@MnO2/GA)粉体。实验测试了复合气凝胶的吸波特性，分析了热处理温度和磁掺杂量对复合气凝胶吸波性能的影响机制及规律。结果可知，热处理温度为300 ℃，镍锌铁氧体掺杂量为15 wt%时，复合气凝胶吸波效果最优。其匹配厚度为2.9 mm时，在频率为8.72 GHz处，最小反射损耗(RLmin)达到了-47.27 dB，有效吸收带宽(EAB)为3.2 GHz，覆盖了X波段的大部分，且填料负载率仅为10 wt%。本研究解决了材料阻抗匹配性差的问题，优化了吸波材料的介电损耗和磁损耗能力，满足了对吸波材料“薄、轻、宽、强”的应用要求。
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结构储能一体化复合材料为结构与储能的融合发展提供了创新途径。将水泥基材料用作结构电解质，并与电极材料相结合，即可得到水泥基结构电池。本文系统总结了水泥基结构电池的研究进展，阐明了其导电机制和放电机制，并从电极和电解质两个主要方面厘清了影响其电化学性能的关键因素。研究表明，该电池的电压可达1.5 V以上，体积比容量可达8.45×105 mA·h·m−3，并具备充放电的能力。凭借其结构储能一体化特性，水泥基结构电池在绿色储能建筑、智能化混凝土和能量收集混凝土等领域具有应用潜力。最后，指出了目前存在的问题及未来的研究方向。
结构储能一体化复合材料为结构与储能的融合发展提供了创新途径。将水泥基材料用作结构电解质，并与电极材料相结合，即可得到水泥基结构电池。本文系统总结了水泥基结构电池的研究进展，阐明了其导电机制和放电机制，并从电极和电解质两个主要方面厘清了影响其电化学性能的关键因素。研究表明，该电池的电压可达1.5 V以上，体积比容量可达8.45×105 mA·h·m−3，并具备充放电的能力。凭借其结构储能一体化特性，水泥基结构电池在绿色储能建筑、智能化混凝土和能量收集混凝土等领域具有应用潜力。最后，指出了目前存在的问题及未来的研究方向。
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柔性压容传感器由于其结构简单、响应速度快、灵敏度高、成本低等优点，在健康监测、机器人、可穿戴设备等领域有非常广泛的应用需求。然而，传统的柔性压容传感器难以兼顾有效应力检测下限和有效应力检测上限，这限制其在更宽领域范围的应用。本文以糖颗粒(SPs)为造孔剂，羰基铁粉(CIPs)为磁响应填料，碳纳米管(CNTs)为导电填料，通过与硅橡胶复合制得柔性多孔CNT、CIP/硅橡胶复合材料，并以此为介电层材料制备得到柔性压容传感器，其在0-5 Hz频率范围内的有效应力检测范围为0.07-180 kPa，优于大部分文献报道的柔性压容传感器。由于具有宽的有效应力测试范围，长周期服役稳定性和快速响应，该传感器可用于监测人体呼吸、手臂运动、机械臂运动和语音识别等方面，在健康监测、可穿戴电子设备以及智能机器人等领域具有很好的应用前景。
柔性压容传感器由于其结构简单、响应速度快、灵敏度高、成本低等优点，在健康监测、机器人、可穿戴设备等领域有非常广泛的应用需求。然而，传统的柔性压容传感器难以兼顾有效应力检测下限和有效应力检测上限，这限制其在更宽领域范围的应用。本文以糖颗粒(SPs)为造孔剂，羰基铁粉(CIPs)为磁响应填料，碳纳米管(CNTs)为导电填料，通过与硅橡胶复合制得柔性多孔CNT、CIP/硅橡胶复合材料，并以此为介电层材料制备得到柔性压容传感器，其在0-5 Hz频率范围内的有效应力检测范围为0.07-180 kPa，优于大部分文献报道的柔性压容传感器。由于具有宽的有效应力测试范围，长周期服役稳定性和快速响应，该传感器可用于监测人体呼吸、手臂运动、机械臂运动和语音识别等方面，在健康监测、可穿戴电子设备以及智能机器人等领域具有很好的应用前景。
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本研究将不同比例的硅聚物-氧化石墨烯(Silicon polymer-Graphene oxide，PSOL-GO)作为纳米填料来改性玻璃纤维/环氧树脂(Glass fiber/epoxy resin，GF/EP)复合材料，制备得到不同PSOL-GO含量的复合材料，利用观察形貌、测量接触角、红外分析、力学性能、动态力学分析(DMA)等测试方法分析了环氧复合材料的微观结构和增强机制。实验结果表明：PSOL-GO比例为1∶0.1时PSOL-GO@GF/EP复合材料力学性能最佳：改性后的GF/EP复合材料与纯GF/EP复合材料相比其层间剪切强度提升高了13.19%；其弯曲强度提升了33.12%；其拉伸强度提升了35.32%；其冲击强度提升了16.95%。添加比例为1∶0.1的PSOL-GO可使GF/EP复合材料的玻璃化转变温度(Tg)提高了7.1℃，使其耐热性有所提高。引入PSOL-GO纳米填料后的环氧树脂对玻璃纤维的润湿性更佳，同时可以填补纯的GF/EP复合材料自身空隙，增强复合材料的性能。
本研究将不同比例的硅聚物-氧化石墨烯(Silicon polymer-Graphene oxide，PSOL-GO)作为纳米填料来改性玻璃纤维/环氧树脂(Glass fiber/epoxy resin，GF/EP)复合材料，制备得到不同PSOL-GO含量的复合材料，利用观察形貌、测量接触角、红外分析、力学性能、动态力学分析(DMA)等测试方法分析了环氧复合材料的微观结构和增强机制。实验结果表明：PSOL-GO比例为1∶0.1时PSOL-GO@GF/EP复合材料力学性能最佳：改性后的GF/EP复合材料与纯GF/EP复合材料相比其层间剪切强度提升高了13.19%；其弯曲强度提升了33.12%；其拉伸强度提升了35.32%；其冲击强度提升了16.95%。添加比例为1∶0.1的PSOL-GO可使GF/EP复合材料的玻璃化转变温度(Tg)提高了7.1℃，使其耐热性有所提高。引入PSOL-GO纳米填料后的环氧树脂对玻璃纤维的润湿性更佳，同时可以填补纯的GF/EP复合材料自身空隙，增强复合材料的性能。
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针对Ti3C2TX纳米片层易堆叠和吸附位点少的不足，采用水热法制备了MnO2/Ti3C2TX复合剂。通过单因素试验探讨铀的初始浓度、投加量、pH值、时间和共存离子对其吸附U(VI)的影响，利用现代表征手段分析MnO2/Ti3C2TX的表面性质及吸附U(VI)的作用机制。试验结果表明：在U(VI)初始浓度5 mg·L−1、MnO2/Ti3C2TX投加量为0.1 g·L−1、温度303 K、pH值为6时，30 s内U(VI)浓度降至0.41 mg·L−1，30 min后吸附达到平衡，其对U(VI)的吸附率达99.15%，吸附容量为49.58 mg·g−1。经过5次循环后，MnO2/Ti3C2TX对U(VI)的吸附效率仍保持在96.3%，具有良好的可再生利用性。整个吸附过程为自发吸热过程，符合拟二级动力学模型和Freundlich等温线模型。BET分析表明MnO2/Ti3C2TX的比表面积达318.3 m2·g−1，较Ti3C2TX高55.9倍。FTIR和XPS分析表明MnO2/Ti3C2TX对U(VI)吸附主要是表面含氧基团与铀的配位络合。
针对Ti3C2TX纳米片层易堆叠和吸附位点少的不足，采用水热法制备了MnO2/Ti3C2TX复合剂。通过单因素试验探讨铀的初始浓度、投加量、pH值、时间和共存离子对其吸附U(VI)的影响，利用现代表征手段分析MnO2/Ti3C2TX的表面性质及吸附U(VI)的作用机制。试验结果表明：在U(VI)初始浓度5 mg·L−1、MnO2/Ti3C2TX投加量为0.1 g·L−1、温度303 K、pH值为6时，30 s内U(VI)浓度降至0.41 mg·L−1，30 min后吸附达到平衡，其对U(VI)的吸附率达99.15%，吸附容量为49.58 mg·g−1。经过5次循环后，MnO2/Ti3C2TX对U(VI)的吸附效率仍保持在96.3%，具有良好的可再生利用性。整个吸附过程为自发吸热过程，符合拟二级动力学模型和Freundlich等温线模型。BET分析表明MnO2/Ti3C2TX的比表面积达318.3 m2·g−1，较Ti3C2TX高55.9倍。FTIR和XPS分析表明MnO2/Ti3C2TX对U(VI)吸附主要是表面含氧基团与铀的配位络合。
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由于社会的快速发展，人们对二次离子电池的要求日益提高。铝离子电池具有成本低、安全性高、循环性能好等优点，是未来替代锂离子电池的理想储能体系。电解质作为电池系统重要组成之一，起到传输离子、连通电路的作用，对电池性能具有直接影响。因此，设计和制备具有良好综合性能的电解质一直是铝离子电池领域的研究热点。本文对目前铝离子电池的液态电解质、无机固态电解质和聚合物电解质的研究现状进行了总结，从成本、电化学窗口、化学稳定性和离子电导率等方面对它们的性能进行了分析，并对未来铝离子电池电解质的发展方向进行了展望。
由于社会的快速发展，人们对二次离子电池的要求日益提高。铝离子电池具有成本低、安全性高、循环性能好等优点，是未来替代锂离子电池的理想储能体系。电解质作为电池系统重要组成之一，起到传输离子、连通电路的作用，对电池性能具有直接影响。因此，设计和制备具有良好综合性能的电解质一直是铝离子电池领域的研究热点。本文对目前铝离子电池的液态电解质、无机固态电解质和聚合物电解质的研究现状进行了总结，从成本、电化学窗口、化学稳定性和离子电导率等方面对它们的性能进行了分析，并对未来铝离子电池电解质的发展方向进行了展望。
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为应对日益严重的能源和环境污染问题，含铀废水的处理已成为当务之急。为了高效便捷地处理含铀废水，通过低共熔溶剂(DES，氯化胆碱-草酸体系)处理苎麻纤维后接枝聚乙烯亚胺(PEI)制备聚乙烯亚胺/苎麻纤维自撑膜(PEI/RAM)，并将其用于水溶液中铀酰离子(UO22+)的去除。研究了UO22+初始浓度、溶液pH值、吸附时间、温度等条件对吸附剂性能的影响。当铀酰离子初始浓度为20 mg/L、溶液pH为6时，铀酰离子吸附平衡容量达到302 mg·g−1；PEI/RAM的铀吸附过程更接近Langmuir模型和准二级动力学模型。在干扰金属离子(Ca2+、K+、Mg2+、Na+)存在时，聚乙烯亚胺/苎麻纤维自撑膜(PEI/RAM)吸附剂表现出对铀酰离子较好的选择性，对UO22+(20 mg/L)的吸附能力将近其他金属离子(20 mg/L)的70倍。
为应对日益严重的能源和环境污染问题，含铀废水的处理已成为当务之急。为了高效便捷地处理含铀废水，通过低共熔溶剂(DES，氯化胆碱-草酸体系)处理苎麻纤维后接枝聚乙烯亚胺(PEI)制备聚乙烯亚胺/苎麻纤维自撑膜(PEI/RAM)，并将其用于水溶液中铀酰离子(UO22+)的去除。研究了UO22+初始浓度、溶液pH值、吸附时间、温度等条件对吸附剂性能的影响。当铀酰离子初始浓度为20 mg/L、溶液pH为6时，铀酰离子吸附平衡容量达到302 mg·g−1；PEI/RAM的铀吸附过程更接近Langmuir模型和准二级动力学模型。在干扰金属离子(Ca2+、K+、Mg2+、Na+)存在时，聚乙烯亚胺/苎麻纤维自撑膜(PEI/RAM)吸附剂表现出对铀酰离子较好的选择性，对UO22+(20 mg/L)的吸附能力将近其他金属离子(20 mg/L)的70倍。
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本文利用成分与粒径级配两种手段优化了Fe-Si系软磁复合材料的电磁特性，并探究了软磁性能与微观组织的关系。先采用不同粉末粒径的Fe-Si粉末级配，之后利用Fe-Si-B-C非晶粉部分替代粒径相当的Fe-Si粗粉，可以获得良好的综合电磁性能。所制备的非晶/Fe-Si软磁复合材料在1 MHz内均具备良好的频率稳定性。当非晶粉∶Fe-Si粗粉∶Fe-Si细粉的质量比为25∶25∶50时，在100 kHz下的有效磁导率为47.6，100 Oe下的直流偏置能力为79.5%，100 kHz/100 mT下的功率损耗为1806 mW/cm3。相比于已报道的其他含非晶软磁复合材料，本文所报道的非晶Fe-Si-B-C/Fe-Si软磁复合材料有明显的成本和综合电磁性能上的优势。细小的Fe-Si粉末可以填充粗粉之间的空隙，有利于提高材料密度与磁导率，而非晶粉末的添加则可以明显降低功率损耗。本文制备的非晶/Fe-Si软磁复合材料具备良好的综合电磁特性，可以为工业生产提供潜在的解决方案。
本文利用成分与粒径级配两种手段优化了Fe-Si系软磁复合材料的电磁特性，并探究了软磁性能与微观组织的关系。先采用不同粉末粒径的Fe-Si粉末级配，之后利用Fe-Si-B-C非晶粉部分替代粒径相当的Fe-Si粗粉，可以获得良好的综合电磁性能。所制备的非晶/Fe-Si软磁复合材料在1 MHz内均具备良好的频率稳定性。当非晶粉∶Fe-Si粗粉∶Fe-Si细粉的质量比为25∶25∶50时，在100 kHz下的有效磁导率为47.6，100 Oe下的直流偏置能力为79.5%，100 kHz/100 mT下的功率损耗为1806 mW/cm3。相比于已报道的其他含非晶软磁复合材料，本文所报道的非晶Fe-Si-B-C/Fe-Si软磁复合材料有明显的成本和综合电磁性能上的优势。细小的Fe-Si粉末可以填充粗粉之间的空隙，有利于提高材料密度与磁导率，而非晶粉末的添加则可以明显降低功率损耗。本文制备的非晶/Fe-Si软磁复合材料具备良好的综合电磁特性，可以为工业生产提供潜在的解决方案。
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为了研究钢纤维地聚物再生混凝土(Steel fiber reinforced geopolymer recycled aggregate concrete，SFGRC)孔隙特性与宏观性能的发展规律，测试了混凝土的内部孔隙结构、力学性能与干燥收缩性能，分析了再生骨料掺量和前驱体钙硅比对混凝土孔隙结构、力学性能与收缩性能的影响规律，基于分形理论建立了SFGRC孔隙结构和宏观性能关联模型。研究结果表明：再生骨料显著增大了SFGRC的孔隙率和有害孔占比，劣化了其力学性能。高掺量矿渣细化了SFGRC的孔隙结构，加大了材料的孔径与空间分布的复杂程度。两者均加剧了SFGRC的早期干燥收缩。SFGRC的孔结构表现出明显的分形特征，其分形维数在2.623~2.731，且与孔隙结构特征参数、力学性能具有很强的相关性，能够有效评价材料孔隙结构特征。采用 Bayesian- markov chain monte carlo(Bayesian-MCMC)方法建立的基于分形维数的SFGRC弹性模量、极限应力、极限应变与干燥收缩应变等特征参数的预测模型，拟合优度为0.51~0.98，且具有较高的预测精度，为优化SFGRC孔隙结构和宏观性能提供了理论依据。
为了研究钢纤维地聚物再生混凝土(Steel fiber reinforced geopolymer recycled aggregate concrete，SFGRC)孔隙特性与宏观性能的发展规律，测试了混凝土的内部孔隙结构、力学性能与干燥收缩性能，分析了再生骨料掺量和前驱体钙硅比对混凝土孔隙结构、力学性能与收缩性能的影响规律，基于分形理论建立了SFGRC孔隙结构和宏观性能关联模型。研究结果表明：再生骨料显著增大了SFGRC的孔隙率和有害孔占比，劣化了其力学性能。高掺量矿渣细化了SFGRC的孔隙结构，加大了材料的孔径与空间分布的复杂程度。两者均加剧了SFGRC的早期干燥收缩。SFGRC的孔结构表现出明显的分形特征，其分形维数在2.623~2.731，且与孔隙结构特征参数、力学性能具有很强的相关性，能够有效评价材料孔隙结构特征。采用 Bayesian- markov chain monte carlo(Bayesian-MCMC)方法建立的基于分形维数的SFGRC弹性模量、极限应力、极限应变与干燥收缩应变等特征参数的预测模型，拟合优度为0.51~0.98，且具有较高的预测精度，为优化SFGRC孔隙结构和宏观性能提供了理论依据。
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传统的载药纳米纤维存在药物负载不稳定、释放过快等问题。基于此，本文利用温敏聚合物包覆中空介孔二氧化硅纳米颗粒(HMSN)，将其作为药物载体与聚己内酯(PCL)纳米纤维复合，探究了复合纳米纤维膜的释药及抗菌性能。采用自由基聚合方法在HMSN表面接枝异丙基丙烯酰胺与丙烯酰胺的共聚物(P(NIPAM-co-AM))，将疏水性药物环丙沙星(CIP)负载到共聚物改性纳米粒子(PHMSN)中，利用SEM、TEM、TG、比表面积分析(BET)、FTIR及紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)等手段表征了HMSN和PHMSN的微观结构和温度响应性能等。将PCL与载药PHMSN共混后利用静电纺丝技术制备了复合纤维膜(CIP@PHMSN-PCL)。CIP@PHMSN-PCL具有温度刺激响应的药物控释功能，在45 ℃和25 ℃下，72 h时CIP的累积释放率分别达到90.78%和72.67%。Korsmeyer-Peppas模型较好地描述了药物释放动力学，表明扩散是复合纤维膜释药的主要机制。45 ℃条件下，载药纤维膜对大肠杆菌(E. coil)和金黄色葡萄球菌(S. aureus)的抑菌率均达到100%；而在25 ℃下，膜对两种菌的抑菌率仅为92.34%和95.83%，证明了不同温度下CIP@PHMSN-PCL膜释药性能的差异。总之，载药PHMSN复合纳米纤维膜具有环境温度调控的释药功能及优异的抗菌活性，在生物医学领域具有潜在的应用价值。
传统的载药纳米纤维存在药物负载不稳定、释放过快等问题。基于此，本文利用温敏聚合物包覆中空介孔二氧化硅纳米颗粒(HMSN)，将其作为药物载体与聚己内酯(PCL)纳米纤维复合，探究了复合纳米纤维膜的释药及抗菌性能。采用自由基聚合方法在HMSN表面接枝异丙基丙烯酰胺与丙烯酰胺的共聚物(P(NIPAM-co-AM))，将疏水性药物环丙沙星(CIP)负载到共聚物改性纳米粒子(PHMSN)中，利用SEM、TEM、TG、比表面积分析(BET)、FTIR及紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)等手段表征了HMSN和PHMSN的微观结构和温度响应性能等。将PCL与载药PHMSN共混后利用静电纺丝技术制备了复合纤维膜(CIP@PHMSN-PCL)。CIP@PHMSN-PCL具有温度刺激响应的药物控释功能，在45 ℃和25 ℃下，72 h时CIP的累积释放率分别达到90.78%和72.67%。Korsmeyer-Peppas模型较好地描述了药物释放动力学，表明扩散是复合纤维膜释药的主要机制。45 ℃条件下，载药纤维膜对大肠杆菌(E. coil)和金黄色葡萄球菌(S. aureus)的抑菌率均达到100%；而在25 ℃下，膜对两种菌的抑菌率仅为92.34%和95.83%，证明了不同温度下CIP@PHMSN-PCL膜释药性能的差异。总之，载药PHMSN复合纳米纤维膜具有环境温度调控的释药功能及优异的抗菌活性，在生物医学领域具有潜在的应用价值。
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钯复合膜由于其特殊的透氢机制—溶解/扩散机制，对氢具有极高的选择渗透性，是膜反应器中氢气分离的理想材料。为促进高透氢性、高稳定性钯复合膜的研究与应用，本文综述了钯复合膜的化学镀制备法和化学镀与其他方式结合的复合制备法以及不同类型的复合膜。化学镀是钯复合膜最常用的制备方法，通过与真空、连续流结合可提高钯膜的质量；ⅤB族金属、多孔陶瓷和不锈钢作为化学镀钯膜的载体，可减小钯膜厚度，提高机械强度和透氢性能；在钯膜和多孔载体之间掺入难熔氧化物、沸石、天然矿物、聚合物，可进一步减小钯膜厚度，提高热稳定性和化学稳定性；与纯钯膜相比，Pd-Ag、Pd-Cu、Pd-Au二元合金膜和Pd-Au-Ag三元合金膜在低温下不发生氢脆，可不同程度地改善钯膜的透氢性和抗硫性。最后，对未来钯复合膜的研究方向进行了展望。
钯复合膜由于其特殊的透氢机制—溶解/扩散机制，对氢具有极高的选择渗透性，是膜反应器中氢气分离的理想材料。为促进高透氢性、高稳定性钯复合膜的研究与应用，本文综述了钯复合膜的化学镀制备法和化学镀与其他方式结合的复合制备法以及不同类型的复合膜。化学镀是钯复合膜最常用的制备方法，通过与真空、连续流结合可提高钯膜的质量；ⅤB族金属、多孔陶瓷和不锈钢作为化学镀钯膜的载体，可减小钯膜厚度，提高机械强度和透氢性能；在钯膜和多孔载体之间掺入难熔氧化物、沸石、天然矿物、聚合物，可进一步减小钯膜厚度，提高热稳定性和化学稳定性；与纯钯膜相比，Pd-Ag、Pd-Cu、Pd-Au二元合金膜和Pd-Au-Ag三元合金膜在低温下不发生氢脆，可不同程度地改善钯膜的透氢性和抗硫性。最后，对未来钯复合膜的研究方向进行了展望。
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点阵结构与密实结构存在的力学性能差异之一表现在塑性屈服响应上，因此，研究其屈服行为可为点阵结构的设计和应用提供重要的理论依据。首先，对Gyroid点阵结构进行简化，并基于变形体功能原理建立其力学模型，得到Gyroid点阵结构塑性屈服强度与体积分数之间的映射关系；然后，基于有限元分析软件Abaqus对Gyroid点阵结构准静态压缩过程开展仿真实验，初步验证理论模型的准确性；最后，通过选择性激光熔化(Selective Laser Melting，SLM)制备不同体积分数316L不锈钢Gyroid点阵结构，进行单轴压缩实验，分析其变形机制与力学性能。结果表明，理论推导、有限元仿真结果与实验结果相比，误差在25%以内，且根据三种方法结果拟合得到的Gibson-Ashby模型系数具有较好的一致性，表明本文基于理论推导建立的Gyroid点阵结构塑性屈服强度预测模型的有效性。理论模型的构建方法可以转化到其他复杂类型点阵结构中，为快速核算点阵结构力学性能，并将其应用在工程装备中提供理论依据。
点阵结构与密实结构存在的力学性能差异之一表现在塑性屈服响应上，因此，研究其屈服行为可为点阵结构的设计和应用提供重要的理论依据。首先，对Gyroid点阵结构进行简化，并基于变形体功能原理建立其力学模型，得到Gyroid点阵结构塑性屈服强度与体积分数之间的映射关系；然后，基于有限元分析软件Abaqus对Gyroid点阵结构准静态压缩过程开展仿真实验，初步验证理论模型的准确性；最后，通过选择性激光熔化(Selective Laser Melting，SLM)制备不同体积分数316L不锈钢Gyroid点阵结构，进行单轴压缩实验，分析其变形机制与力学性能。结果表明，理论推导、有限元仿真结果与实验结果相比，误差在25%以内，且根据三种方法结果拟合得到的Gibson-Ashby模型系数具有较好的一致性，表明本文基于理论推导建立的Gyroid点阵结构塑性屈服强度预测模型的有效性。理论模型的构建方法可以转化到其他复杂类型点阵结构中，为快速核算点阵结构力学性能，并将其应用在工程装备中提供理论依据。
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针对利用功能材料去除水中U(Ⅵ)的效率与纳米颗粒易团聚的问题，利用玉米秸秆、蛋壳以及磁性γ-Fe2O3，采用动态油热法和浸渍法，制备了生物炭负载磁性纳米碳羟基磷灰石(CHAP-γ-Fe2O3/BC)复合材料，试验考察了其性能并用于水中U(Ⅵ)的去除。当U(Ⅵ)初始浓度为5 mg/L，CHAP-γ-Fe2O3/BC投加量为0.1 g/L，pH值为6，温度30°，反应时间1 h时，试验结果表明：CHAP-γ-Fe2O3/BC对U(Ⅵ)的最大吸附容量达324.4 mg/g，去除率达95.93%。拟二级动力学模型和Langmuir模型可较好拟合CHAP-γ-Fe2O3/BC对U(Ⅵ)的吸附过程，表明以单分子层化学吸附为主。材料通过表面改性技术，实现了减弱团聚的目的。复合材料在磁场中其表现出良好的分离回收和循环利用性。FTIR、XPS等表征结果证明该材料对铀的去除机制主要包括离子交换、溶解-沉淀的化学吸附作用和表面络合作用。
针对利用功能材料去除水中U(Ⅵ)的效率与纳米颗粒易团聚的问题，利用玉米秸秆、蛋壳以及磁性γ-Fe2O3，采用动态油热法和浸渍法，制备了生物炭负载磁性纳米碳羟基磷灰石(CHAP-γ-Fe2O3/BC)复合材料，试验考察了其性能并用于水中U(Ⅵ)的去除。当U(Ⅵ)初始浓度为5 mg/L，CHAP-γ-Fe2O3/BC投加量为0.1 g/L，pH值为6，温度30°，反应时间1 h时，试验结果表明：CHAP-γ-Fe2O3/BC对U(Ⅵ)的最大吸附容量达324.4 mg/g，去除率达95.93%。拟二级动力学模型和Langmuir模型可较好拟合CHAP-γ-Fe2O3/BC对U(Ⅵ)的吸附过程，表明以单分子层化学吸附为主。材料通过表面改性技术，实现了减弱团聚的目的。复合材料在磁场中其表现出良好的分离回收和循环利用性。FTIR、XPS等表征结果证明该材料对铀的去除机制主要包括离子交换、溶解-沉淀的化学吸附作用和表面络合作用。
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电子设备对外界环境造成的电磁污染已经成为继噪声污染、大气污染、水污染、固体废物污染之后的又一大公害，因此高性能电磁屏蔽材料的研制与开发已经成为现今材料科学研究的热点。本文通过调整聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、碳纳米管(CNTs)在熔融共混过程中的共混方式，借助CNTs对PBT的定向迁移行为调控PP/PBT/CNTs共混物中聚合物相的相畴尺寸。通过形貌分析、动态流变和结晶行为测试，研究了复合材料微观形貌对其电磁屏蔽特性的影响。研究结果表明，相比于PP相，CNTs对PBT相的亲和作用更强，在四种共混方式中始终位于PBT相畴内；当采用PP/CNTs母料法制备PP/PBT/CNTs复合材料时，所得到的复合材料内部PBT的相畴尺寸更小，PP和PBT间的相容性更高，此时导电通路和界面面积都显著增加，复合材料内部形成了更加密集均匀的导电网络结构，因此所制备的聚合物基复合材料的电导率显著提升，达到29.60 s/m，电磁屏蔽效能在X波段(8.2-12.4 GHz)达到35.6 dB，远超过商业电磁屏蔽材料的需求。
电子设备对外界环境造成的电磁污染已经成为继噪声污染、大气污染、水污染、固体废物污染之后的又一大公害，因此高性能电磁屏蔽材料的研制与开发已经成为现今材料科学研究的热点。本文通过调整聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、碳纳米管(CNTs)在熔融共混过程中的共混方式，借助CNTs对PBT的定向迁移行为调控PP/PBT/CNTs共混物中聚合物相的相畴尺寸。通过形貌分析、动态流变和结晶行为测试，研究了复合材料微观形貌对其电磁屏蔽特性的影响。研究结果表明，相比于PP相，CNTs对PBT相的亲和作用更强，在四种共混方式中始终位于PBT相畴内；当采用PP/CNTs母料法制备PP/PBT/CNTs复合材料时，所得到的复合材料内部PBT的相畴尺寸更小，PP和PBT间的相容性更高，此时导电通路和界面面积都显著增加，复合材料内部形成了更加密集均匀的导电网络结构，因此所制备的聚合物基复合材料的电导率显著提升，达到29.60 s/m，电磁屏蔽效能在X波段(8.2-12.4 GHz)达到35.6 dB，远超过商业电磁屏蔽材料的需求。
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为有效利用回收玻璃纤维，以正硅酸乙酯、偶联剂为前驱体，聚乙烯吡咯烷酮为成膜剂，在酸催化和不添加催化剂条件下，合成了两种聚乙烯吡咯烷酮水性杂化涂剂。利用制备的杂化涂剂分别对回收的玻璃纤维进行上浆处理，并对上浆处理后的回收玻璃纤维的性能进行研究。结果表明：与不添加催化剂条件下制备的杂化涂剂相比，经酸催化条件下制备的杂化涂剂上浆处理后的回收玻纤表面粗糙度更大；酸催化条件与不添加催化剂条件制备的杂化涂剂上浆处理后的回收玻璃纤维的单纤维拉伸强度分别为1322.7±98.5 MPa、1093.8±53.8 MPa，相比回收玻璃纤维的单纤维拉伸强度分别提高了39.8%和15.6%。利用单纤维碎断法评价回收玻璃纤维与环氧树脂的界面性能表明，经过酸催化条件与不添加催化条件制备的杂化涂剂上浆处理后的回收玻璃纤维制备的单纤维环氧树脂复合材料的界面剪切强度分别为53.5 MPa、35.7 MPa，比未经过上浆处理的回收玻璃纤维的单纤维环氧树脂复合材料的界面剪切强度分别提高了200.5%与100.8%。显示了在酸催化条件下制备的水性杂化涂剂用于回收玻璃纤维具有可行性。
为有效利用回收玻璃纤维，以正硅酸乙酯、偶联剂为前驱体，聚乙烯吡咯烷酮为成膜剂，在酸催化和不添加催化剂条件下，合成了两种聚乙烯吡咯烷酮水性杂化涂剂。利用制备的杂化涂剂分别对回收的玻璃纤维进行上浆处理，并对上浆处理后的回收玻璃纤维的性能进行研究。结果表明：与不添加催化剂条件下制备的杂化涂剂相比，经酸催化条件下制备的杂化涂剂上浆处理后的回收玻纤表面粗糙度更大；酸催化条件与不添加催化剂条件制备的杂化涂剂上浆处理后的回收玻璃纤维的单纤维拉伸强度分别为1322.7±98.5 MPa、1093.8±53.8 MPa，相比回收玻璃纤维的单纤维拉伸强度分别提高了39.8%和15.6%。利用单纤维碎断法评价回收玻璃纤维与环氧树脂的界面性能表明，经过酸催化条件与不添加催化条件制备的杂化涂剂上浆处理后的回收玻璃纤维制备的单纤维环氧树脂复合材料的界面剪切强度分别为53.5 MPa、35.7 MPa，比未经过上浆处理的回收玻璃纤维的单纤维环氧树脂复合材料的界面剪切强度分别提高了200.5%与100.8%。显示了在酸催化条件下制备的水性杂化涂剂用于回收玻璃纤维具有可行性。
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湿度传感器在农业、工业生产、精密仪器及人体健康监测等领域有着广泛的应用。针对湿度传感器需要外加电源驱动的问题，本文借鉴原电池原理，将具有湿敏特性的羧甲基纤维素和具有吸湿特性的MgCl2复合物作为敏感层，并用商品化的导电铜胶带和镍胶带作为正、负极，制备自驱动的柔性湿度传感器。通过SEM、EDS对传感器敏感层的微观形貌和表面元素进行表征，通过复阻抗谱分析其湿敏机制，并对其多功能应用进行探索。该传感器敏感层具有良好的亲水性，在接触环境中的水分子后可将其中的MgCl2离子化产生Mg2+、Cl−等载流子，并定向移动而形成输出电压，相对湿度从11%到95%时其响应值可达177%。该传感器可用于人体呼吸频率和呼吸类型检测、土壤湿度和尿不湿湿度检测、手指距离检测、提供电能，显示其在健康监测、环境湿度监测、非接触开关、供能领域的应用潜力。
湿度传感器在农业、工业生产、精密仪器及人体健康监测等领域有着广泛的应用。针对湿度传感器需要外加电源驱动的问题，本文借鉴原电池原理，将具有湿敏特性的羧甲基纤维素和具有吸湿特性的MgCl2复合物作为敏感层，并用商品化的导电铜胶带和镍胶带作为正、负极，制备自驱动的柔性湿度传感器。通过SEM、EDS对传感器敏感层的微观形貌和表面元素进行表征，通过复阻抗谱分析其湿敏机制，并对其多功能应用进行探索。该传感器敏感层具有良好的亲水性，在接触环境中的水分子后可将其中的MgCl2离子化产生Mg2+、Cl−等载流子，并定向移动而形成输出电压，相对湿度从11%到95%时其响应值可达177%。该传感器可用于人体呼吸频率和呼吸类型检测、土壤湿度和尿不湿湿度检测、手指距离检测、提供电能，显示其在健康监测、环境湿度监测、非接触开关、供能领域的应用潜力。
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混凝土中浆体的流变特性是影响其拉伸徐变的重要因素之一。通过纳米压痕技术分析大掺量粉煤灰水泥基浆体(掺量为60%)微观力学性能、微观徐变等流变特性；同时实验研究相同水泥基浆体的大掺量粉煤灰混凝土(HVFAC)拉伸徐变时变规律，提出考虑浆体流变特性的HVFAC拉伸徐变ZC模型预测表达式。结果表明：水泥基浆体在相同测试龄期时，粉煤灰对其微观徐变的发展有促进作用；而等质量粉煤灰替代时，微观徐变随着测试龄期的后延更快趋于收敛；粉煤灰、加载龄期对徐变发展的影响与其不含骨料水泥基浆体的微观徐变影响规律具有一致性。Et,28d/(EV+EH)、Et,28d/χφ、φ与相对抗压强度fc(t0)/fc,28d、C、τ与测试龄期相关性分析表明这些参数与函数y=axb有较好的吻合度。水泥基浆体流变特性参数与ZC拉伸徐变模型参数相结合建立考虑水泥浆体流变特性的HVFAC拉伸徐变发展的预测表达式能反映模型单元体结构。
混凝土中浆体的流变特性是影响其拉伸徐变的重要因素之一。通过纳米压痕技术分析大掺量粉煤灰水泥基浆体(掺量为60%)微观力学性能、微观徐变等流变特性；同时实验研究相同水泥基浆体的大掺量粉煤灰混凝土(HVFAC)拉伸徐变时变规律，提出考虑浆体流变特性的HVFAC拉伸徐变ZC模型预测表达式。结果表明：水泥基浆体在相同测试龄期时，粉煤灰对其微观徐变的发展有促进作用；而等质量粉煤灰替代时，微观徐变随着测试龄期的后延更快趋于收敛；粉煤灰、加载龄期对徐变发展的影响与其不含骨料水泥基浆体的微观徐变影响规律具有一致性。Et,28d/(EV+EH)、Et,28d/χφ、φ与相对抗压强度fc(t0)/fc,28d、C、τ与测试龄期相关性分析表明这些参数与函数y=axb有较好的吻合度。水泥基浆体流变特性参数与ZC拉伸徐变模型参数相结合建立考虑水泥浆体流变特性的HVFAC拉伸徐变发展的预测表达式能反映模型单元体结构。
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随着工业化的不断发展，化石燃料的过度使用产生的CO2导致了温室效应等问题，已经引起国际社会的高度关注，并制定了一系列应对措施。因此，对大气中CO2的还原回收技术研发具有迫切性和重要意义。光电催化是目前可用于还原CO2的具有良好应用前景的技术之一，为了对该技术进行更深入的研究，推动其实际应用，本文首先阐述了光催化、电催化、光电催化还原CO2的基本原理和优缺点，并举例介绍了各类催化剂还原CO2的效率。因为光催化是光合作用中的重要步骤之一，接着重点分析了光合作用在还原CO2研究现状和前景，提出人工光合作用还原CO2可行性与潜力。本文旨在为人工光合作用还原CO2提供新思路和参考，为减少大气中CO2的积累和应对当前的环境挑战提供新的见解和视角。
随着工业化的不断发展，化石燃料的过度使用产生的CO2导致了温室效应等问题，已经引起国际社会的高度关注，并制定了一系列应对措施。因此，对大气中CO2的还原回收技术研发具有迫切性和重要意义。光电催化是目前可用于还原CO2的具有良好应用前景的技术之一，为了对该技术进行更深入的研究，推动其实际应用，本文首先阐述了光催化、电催化、光电催化还原CO2的基本原理和优缺点，并举例介绍了各类催化剂还原CO2的效率。因为光催化是光合作用中的重要步骤之一，接着重点分析了光合作用在还原CO2研究现状和前景，提出人工光合作用还原CO2可行性与潜力。本文旨在为人工光合作用还原CO2提供新思路和参考，为减少大气中CO2的积累和应对当前的环境挑战提供新的见解和视角。
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光催化是去除水中难降解有机污染物的有效措施，因其高效的矿化能力而显示出巨大的潜力。然而，大多数光催化剂的实际应用受到其粉末形态的制约，使大规模应用成为一个难题。近年来，磁性硅酸盐复合材料在材料科学中因为其稳定和可回收的特性获得了越来越多的关注。本综述回顾了磁性硅酸盐复合材料作为光催化剂的研究现状，探讨了合成、修饰及其降解机制方面的最新进展。最后，对磁性硅酸盐复合材料的研究结果和未来的挑战进行了展望。
光催化是去除水中难降解有机污染物的有效措施，因其高效的矿化能力而显示出巨大的潜力。然而，大多数光催化剂的实际应用受到其粉末形态的制约，使大规模应用成为一个难题。近年来，磁性硅酸盐复合材料在材料科学中因为其稳定和可回收的特性获得了越来越多的关注。本综述回顾了磁性硅酸盐复合材料作为光催化剂的研究现状，探讨了合成、修饰及其降解机制方面的最新进展。最后，对磁性硅酸盐复合材料的研究结果和未来的挑战进行了展望。
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3D打印是一种自下而上、分层制造的材料累加制造方法。当前，3D打印正由原型制造向高性能化和功能化方向发展，对3D打印材料和加工过程调控提出更高的要求。纳米粒子在3D打印材料中的有序排列有助于提升打印制件的性能，但如何有效调控纳米粒子的取向面临挑战。在3D打印过程中引入物理场(磁场、电场及超声场)是实现打印制件微观结构精准操控的有效策略之一。这不仅赋予打印制件一定的功能，也为制备具有多尺度、多响应结构制件提供新的思路。因此，基于物理场辅助的3D打印成为了近年来的研究热点。本文首先简述了3D打印技术种类及其特点，并强调了物理场辅助3D打印调控纳米粒子取向的重要性；其次，梳理和归纳了物理场辅助3D打印调控纳米粒子取向的基本原理、材料要求、应用及性能。最后，对物理场辅助3D打印调控填料粒子取向存在的问题与挑战进行了总结，并对其未来发展方向进行了展望。
3D打印是一种自下而上、分层制造的材料累加制造方法。当前，3D打印正由原型制造向高性能化和功能化方向发展，对3D打印材料和加工过程调控提出更高的要求。纳米粒子在3D打印材料中的有序排列有助于提升打印制件的性能，但如何有效调控纳米粒子的取向面临挑战。在3D打印过程中引入物理场(磁场、电场及超声场)是实现打印制件微观结构精准操控的有效策略之一。这不仅赋予打印制件一定的功能，也为制备具有多尺度、多响应结构制件提供新的思路。因此，基于物理场辅助的3D打印成为了近年来的研究热点。本文首先简述了3D打印技术种类及其特点，并强调了物理场辅助3D打印调控纳米粒子取向的重要性；其次，梳理和归纳了物理场辅助3D打印调控纳米粒子取向的基本原理、材料要求、应用及性能。最后，对物理场辅助3D打印调控填料粒子取向存在的问题与挑战进行了总结，并对其未来发展方向进行了展望。
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为了拓宽混凝土超材料的弹性波带隙宽度和数量，本文基于局域共振理论设计了一种新型二维三组元水泥基拟声子晶体。首先，采用有限元方法计算和研究了该新型二维三组元水泥基拟声子晶体的能带结构、振动模态、位移场和衰减特性。其次，分析了带隙形成机制和影响因素，并根据质量-弹簧系统模型推导了带隙范围的理论估计式。最后，将该水泥基拟声子晶体应用到地铁道床上，分析了水泥基拟声子晶体地铁道床的减振性能。结果表明：该新型二维三组元水泥基拟声子晶体在200 Hz频段内打开了5条低频带隙，在带隙频率范围内，衰减值大多都在10 dB以上，衰减效果较好；带隙的打开与各原胞的振动特征呈现出对应关系，因特定原胞的平移振动触发，由特定原胞与基体的耦合作用的强度所控制；散射体材料的密度、包裹层材料的弹性模量及厚度是影响其带隙的主要因素；由新型二维三组元水泥基拟声子晶体组成的水泥基拟声子晶体地铁道床在1～200 Hz频段内的振动加速度均小于普通混凝土地铁道床，最大插入损失为10.22 dB，插入损失平均值为8.76 dB，具有显著的减振性能。
为了拓宽混凝土超材料的弹性波带隙宽度和数量，本文基于局域共振理论设计了一种新型二维三组元水泥基拟声子晶体。首先，采用有限元方法计算和研究了该新型二维三组元水泥基拟声子晶体的能带结构、振动模态、位移场和衰减特性。其次，分析了带隙形成机制和影响因素，并根据质量-弹簧系统模型推导了带隙范围的理论估计式。最后，将该水泥基拟声子晶体应用到地铁道床上，分析了水泥基拟声子晶体地铁道床的减振性能。结果表明：该新型二维三组元水泥基拟声子晶体在200 Hz频段内打开了5条低频带隙，在带隙频率范围内，衰减值大多都在10 dB以上，衰减效果较好；带隙的打开与各原胞的振动特征呈现出对应关系，因特定原胞的平移振动触发，由特定原胞与基体的耦合作用的强度所控制；散射体材料的密度、包裹层材料的弹性模量及厚度是影响其带隙的主要因素；由新型二维三组元水泥基拟声子晶体组成的水泥基拟声子晶体地铁道床在1～200 Hz频段内的振动加速度均小于普通混凝土地铁道床，最大插入损失为10.22 dB，插入损失平均值为8.76 dB，具有显著的减振性能。
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低成本、高性能和具有良好的环境稳定性是微波吸收剂实现应用的关键因素。本文以废弃梧桐飘絮生物质为碳源，煤矿废弃资源高岭岩为负载，通过优化界面作用并结合高温热解的方法合成了具有优异微波吸收性能的碳管/高岭岩双废复合材料。实验结果表明，经过酸改性的碳微米管(Acid-treatment Carbon microtubes；CMT-ac)和碱改性的高岭岩(Alkali-treatment kaolin rock; KR-al)在高温碳化后结合良好，两者之间形成了大量的异质界面，且由于两者电导率的差异并在电磁波的辐照下容易形成界面极化效应，从而大大衰减电磁波。最终得到的KR-al@CMT-ac碳基矿物复合样品在仅在2.0 mm的匹配厚度下有效吸收带宽达到6.3 GHz (11.7~18.0 GHz)，厚度为3.0 mm时在8.08 GHz处达到最小反射损耗−51.5 dB。吸波性能的提升得益于增强的界面极化和本身高电导损耗的共同作用。本研究将为低成本和高性能的介电型吸波材料的设计提供有效的策略。
低成本、高性能和具有良好的环境稳定性是微波吸收剂实现应用的关键因素。本文以废弃梧桐飘絮生物质为碳源，煤矿废弃资源高岭岩为负载，通过优化界面作用并结合高温热解的方法合成了具有优异微波吸收性能的碳管/高岭岩双废复合材料。实验结果表明，经过酸改性的碳微米管(Acid-treatment Carbon microtubes；CMT-ac)和碱改性的高岭岩(Alkali-treatment kaolin rock; KR-al)在高温碳化后结合良好，两者之间形成了大量的异质界面，且由于两者电导率的差异并在电磁波的辐照下容易形成界面极化效应，从而大大衰减电磁波。最终得到的KR-al@CMT-ac碳基矿物复合样品在仅在2.0 mm的匹配厚度下有效吸收带宽达到6.3 GHz (11.7~18.0 GHz)，厚度为3.0 mm时在8.08 GHz处达到最小反射损耗−51.5 dB。吸波性能的提升得益于增强的界面极化和本身高电导损耗的共同作用。本研究将为低成本和高性能的介电型吸波材料的设计提供有效的策略。
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冰射流清洗设备料仓表面的覆冰常造成设备停机维修，但如何降低料仓表面的覆冰粘附力是目前研究的难点。本工作采用CO2激光刻蚀聚四氟乙烯(PTFE)获得超疏水表面，并设计了一种菱形支撑肋阵列结构提高超疏水PTFE表面的耐磨性。CO2激光刻蚀能在PTFE表面形成多层次交错堆叠纤维结构，且激光刻蚀后的表面化学成分无明显变化。在50 μm激光扫描线间距、300 mm/s扫描速度和9 W激光功率下，可获得164°接触角、4°滚动角的超疏水PTFE表面。设计的30°顶角角度、3 mm菱形边长和0.05 mm肋边宽度的菱形支撑肋阵列结构可有效提高超疏水PTFE表面的耐磨性。即使被砂纸摩擦6 m后，具有菱形支撑肋阵列结构的超疏水PTFE表面仍能保持良好的超疏水性，且覆冰粘附力仅为普通PTFE表面的50%。本耐磨防覆冰PTFE表面有望应用于冰射流清洗设备。
冰射流清洗设备料仓表面的覆冰常造成设备停机维修，但如何降低料仓表面的覆冰粘附力是目前研究的难点。本工作采用CO2激光刻蚀聚四氟乙烯(PTFE)获得超疏水表面，并设计了一种菱形支撑肋阵列结构提高超疏水PTFE表面的耐磨性。CO2激光刻蚀能在PTFE表面形成多层次交错堆叠纤维结构，且激光刻蚀后的表面化学成分无明显变化。在50 μm激光扫描线间距、300 mm/s扫描速度和9 W激光功率下，可获得164°接触角、4°滚动角的超疏水PTFE表面。设计的30°顶角角度、3 mm菱形边长和0.05 mm肋边宽度的菱形支撑肋阵列结构可有效提高超疏水PTFE表面的耐磨性。即使被砂纸摩擦6 m后，具有菱形支撑肋阵列结构的超疏水PTFE表面仍能保持良好的超疏水性，且覆冰粘附力仅为普通PTFE表面的50%。本耐磨防覆冰PTFE表面有望应用于冰射流清洗设备。
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为了研究钢纤维与玄武岩纤维(Basalt Fiber Reinforced Polymer，BFRP)网格对磷酸镁水泥砂浆(Magnesium Phosphate Cement Mortar，MPCM)力学性能的增强效果，制备了BFRP网格增强磷酸镁水泥砂浆(Grid Reinforced Magnesium Phosphate Cement Mortar，GRMM)复合材料。通过轴向拉伸试验和四点弯曲试验，研究材料复合方式(钢纤维增强、BFRP网格增强、复合增强)、BFRP网格厚度(1 mm、2 mm、3 mm)和BFRP网格表面形式(未处理、粘砂)对复合材料拉伸应力-应变曲线、弯曲应力-挠度曲线与关键力学参数的影响规律，以及钢纤维、BFRP网格在GRMM中的作用机制。结果表明：钢纤维主要在GRMM受力前期发挥作用，可以有效地抑制裂缝的产生，起到了增强、增韧的作用，钢纤维的掺入使拉伸试件与弯曲试件承载力分别提高了24.23%与215.33%，并提高了两类试件的抗裂性能、变形与耗能能力；BFRP网格作为拉应力的主要承担者，作用于GRMM整个受力过程，使两类试件的峰值变形提升了70倍以上，但试件中BFRP网格与MPCM受力并不协调；两种材料复合增强下，GRMM综合了钢纤维对基体的增强效果与BFRP网格的良好变形性能，其抗裂性能、强度、变形性能及耗能能力均得到提升；随着BFRP网格厚度的增加，GRMM试件强度与耗能能力得到进一步提升；BFRP网格表面进行粘砂处理对GRMM各项性能影响并不明显。
为了研究钢纤维与玄武岩纤维(Basalt Fiber Reinforced Polymer，BFRP)网格对磷酸镁水泥砂浆(Magnesium Phosphate Cement Mortar，MPCM)力学性能的增强效果，制备了BFRP网格增强磷酸镁水泥砂浆(Grid Reinforced Magnesium Phosphate Cement Mortar，GRMM)复合材料。通过轴向拉伸试验和四点弯曲试验，研究材料复合方式(钢纤维增强、BFRP网格增强、复合增强)、BFRP网格厚度(1 mm、2 mm、3 mm)和BFRP网格表面形式(未处理、粘砂)对复合材料拉伸应力-应变曲线、弯曲应力-挠度曲线与关键力学参数的影响规律，以及钢纤维、BFRP网格在GRMM中的作用机制。结果表明：钢纤维主要在GRMM受力前期发挥作用，可以有效地抑制裂缝的产生，起到了增强、增韧的作用，钢纤维的掺入使拉伸试件与弯曲试件承载力分别提高了24.23%与215.33%，并提高了两类试件的抗裂性能、变形与耗能能力；BFRP网格作为拉应力的主要承担者，作用于GRMM整个受力过程，使两类试件的峰值变形提升了70倍以上，但试件中BFRP网格与MPCM受力并不协调；两种材料复合增强下，GRMM综合了钢纤维对基体的增强效果与BFRP网格的良好变形性能，其抗裂性能、强度、变形性能及耗能能力均得到提升；随着BFRP网格厚度的增加，GRMM试件强度与耗能能力得到进一步提升；BFRP网格表面进行粘砂处理对GRMM各项性能影响并不明显。
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因设计自由度高、无需模具和快速制造等优点，连续纤维增强3D打印已成为当今最具创新性的先进复合材料成型技术之一。本文综述了连续纤维增强3D打印复合材料工艺缺陷及失效行为的最新研究进展，引入了“干/湿/干湿-混合”的概念对打印工艺进行了系统性分类阐述，重点介绍了由于工艺过程引入的三种缺陷及其特点。随后，归纳了连续纤维增强3D打印复合材料的失效力学行为，并分析了引发失效的主要原因。最后，针对如何减少工艺缺陷、改善失效模式和降本增效对连续纤维增强复合材料3D打印技术的未来进行了展望。
因设计自由度高、无需模具和快速制造等优点，连续纤维增强3D打印已成为当今最具创新性的先进复合材料成型技术之一。本文综述了连续纤维增强3D打印复合材料工艺缺陷及失效行为的最新研究进展，引入了“干/湿/干湿-混合”的概念对打印工艺进行了系统性分类阐述，重点介绍了由于工艺过程引入的三种缺陷及其特点。随后，归纳了连续纤维增强3D打印复合材料的失效力学行为，并分析了引发失效的主要原因。最后，针对如何减少工艺缺陷、改善失效模式和降本增效对连续纤维增强复合材料3D打印技术的未来进行了展望。
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针对石墨膜/铝复合材料纵向导热能力不足的缺点，本研究利用高导热金刚石穿透铝层，连接上下两层石墨膜，成功在石墨膜/铝复合材料内部构建了导热通道，为复合材料提供纵向导热路径，从而有效提高复合材料纵向热传导效率。为了改善金刚石与铝基的界面结合，使用物理气相沉积(PVD)技术对金刚石表面进行镀钨处理，随后采用快速热压烧结法(FHP)制备金刚石增强石墨膜/铝复合材料。研究了界面结合质量和金刚石体积分数对复合材料热导率性能的影响，研究表明：当镀钨金刚石体积分数为10%，复合材料面内热导率达到峰值658 W/(m·K)，相较于未镀金刚石增强复合材料提升了7%。当镀钨金刚石体积分数超过10%时，复合材料面内热导率呈现下降趋势。对于镀钨金刚石高体积分数(30 vol%)的复合材料而言，其面内热导率降低至535 W/(m·K)。然而，随着金刚石体积分数的增加，复合材料内部导热通道数量增加，纵向热导率达到最高值177 W/(m·K)，相较于未镀金刚石增强复合材料提升了34%。本研究表明通过在石墨膜/铝之间引入金刚石导热通道，可有效提高复合材料的纵向导热能力。
针对石墨膜/铝复合材料纵向导热能力不足的缺点，本研究利用高导热金刚石穿透铝层，连接上下两层石墨膜，成功在石墨膜/铝复合材料内部构建了导热通道，为复合材料提供纵向导热路径，从而有效提高复合材料纵向热传导效率。为了改善金刚石与铝基的界面结合，使用物理气相沉积(PVD)技术对金刚石表面进行镀钨处理，随后采用快速热压烧结法(FHP)制备金刚石增强石墨膜/铝复合材料。研究了界面结合质量和金刚石体积分数对复合材料热导率性能的影响，研究表明：当镀钨金刚石体积分数为10%，复合材料面内热导率达到峰值658 W/(m·K)，相较于未镀金刚石增强复合材料提升了7%。当镀钨金刚石体积分数超过10%时，复合材料面内热导率呈现下降趋势。对于镀钨金刚石高体积分数(30 vol%)的复合材料而言，其面内热导率降低至535 W/(m·K)。然而，随着金刚石体积分数的增加，复合材料内部导热通道数量增加，纵向热导率达到最高值177 W/(m·K)，相较于未镀金刚石增强复合材料提升了34%。本研究表明通过在石墨膜/铝之间引入金刚石导热通道，可有效提高复合材料的纵向导热能力。
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耳廓再造的关键是实现植入材料与天然组织间的生物力学适配，然而迄今尚未找到一种理想的耳廓替代物。本研究将细菌纳米纤维素(Bacterial nanocellulose, BNC)匀浆加至不同浓度的聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol, PVA)水溶液中，通过冻融法使两者物理交联形成兼具高弹柔韧性和高力学强度的PVA/BNC复合材料，并对其理化性能和细胞相容性进行表征。结果表明：该材料具有高吸水性、低溶胀比，较高的韧性、弹性和缝合强度等特点，最大压缩模量可达到6.98 ± 0.49 MPa，与天然耳廓组织的生物力学相适配。最大缝合强度可达7.06 ± 0.33 N，完全满足临床缝合需求。BNC的加入促进了细胞在材料表面的粘附、生长和增殖，使PVA/BNC复合材料具有更高的细胞密度和活力，是一种很有潜力的人工耳廓材料。
耳廓再造的关键是实现植入材料与天然组织间的生物力学适配，然而迄今尚未找到一种理想的耳廓替代物。本研究将细菌纳米纤维素(Bacterial nanocellulose, BNC)匀浆加至不同浓度的聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol, PVA)水溶液中，通过冻融法使两者物理交联形成兼具高弹柔韧性和高力学强度的PVA/BNC复合材料，并对其理化性能和细胞相容性进行表征。结果表明：该材料具有高吸水性、低溶胀比，较高的韧性、弹性和缝合强度等特点，最大压缩模量可达到6.98 ± 0.49 MPa，与天然耳廓组织的生物力学相适配。最大缝合强度可达7.06 ± 0.33 N，完全满足临床缝合需求。BNC的加入促进了细胞在材料表面的粘附、生长和增殖，使PVA/BNC复合材料具有更高的细胞密度和活力，是一种很有潜力的人工耳廓材料。
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吸波蜂窝兼备轻质、承载、吸波特点，被广泛用于隐身结构设计，但其存在低频吸波性能相对较弱的问题。本文采用方形开口谐振环单元提出了一种具有电磁波强吸收性能的超材料设计方法，并将其应用于吸波蜂窝电磁性能改性设计，实现了宽频吸波性能的显著提升。首先设计方形开口谐振环单元，进行了电磁散射特性随单元外形参量变化研究，通过仿真探究了介质层厚度、方环宽度、开口宽度和外框边长等4个主要设计参量对超材料吸波性能的影响，分析了电磁吸收峰出现的频点和强度随单元外形变化的规律，提出了一种具有窄带强吸波特性的方案。然后将方形开口谐振环超材料与吸波蜂窝相结合，提出了一种超材料吸波蜂窝的设计方法。研究发现，所设计的超材料吸波蜂窝相比普通吸波蜂窝在1~10 GHz反射损耗平均提升了4.4 dB，吸波蜂窝的吸波性能得到显著提升。
吸波蜂窝兼备轻质、承载、吸波特点，被广泛用于隐身结构设计，但其存在低频吸波性能相对较弱的问题。本文采用方形开口谐振环单元提出了一种具有电磁波强吸收性能的超材料设计方法，并将其应用于吸波蜂窝电磁性能改性设计，实现了宽频吸波性能的显著提升。首先设计方形开口谐振环单元，进行了电磁散射特性随单元外形参量变化研究，通过仿真探究了介质层厚度、方环宽度、开口宽度和外框边长等4个主要设计参量对超材料吸波性能的影响，分析了电磁吸收峰出现的频点和强度随单元外形变化的规律，提出了一种具有窄带强吸波特性的方案。然后将方形开口谐振环超材料与吸波蜂窝相结合，提出了一种超材料吸波蜂窝的设计方法。研究发现，所设计的超材料吸波蜂窝相比普通吸波蜂窝在1~10 GHz反射损耗平均提升了4.4 dB，吸波蜂窝的吸波性能得到显著提升。
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二氧化锡(SnO2)由于其高电子迁移率、良的传导性和低温制备特性，在钙钛矿太阳能电池(PSCs)中得到了广泛的应用。目前，制备SnO2最常用的两种方法是SnCl2水解氧化法和SnO2溶胶-凝胶法。然而，SnCl2水解氧化虽然可以产生结晶良好的SnO2，但其可控性较差，使得器件性能的重复性较低。另一方面，溶胶-凝胶法制备的基于SnO2电子输运层的器件具有良好的重复性，但结晶度较差，导致电子输运性能下降。在本研究中，采用水解氧化和溶胶-凝胶相结合的方法制备了SnO2电子传输层。研究结果表明，采用SnCl2水解氧化法制备高质量的SnO2结晶层可以作为预生长模板，提高溶胶-凝胶法制备SnO2的结晶质量。此外，用溶胶-凝胶法制备的SnO2结晶层覆盖水解氧化SnO2层可以提高器件制备的重复性。由此制备的电子传递层方法可以有效地提高薄膜晶体的生长质量和电荷的提取能力，最终有助于提高器件的效率及稳定性并减少迟滞。
二氧化锡(SnO2)由于其高电子迁移率、良的传导性和低温制备特性，在钙钛矿太阳能电池(PSCs)中得到了广泛的应用。目前，制备SnO2最常用的两种方法是SnCl2水解氧化法和SnO2溶胶-凝胶法。然而，SnCl2水解氧化虽然可以产生结晶良好的SnO2，但其可控性较差，使得器件性能的重复性较低。另一方面，溶胶-凝胶法制备的基于SnO2电子输运层的器件具有良好的重复性，但结晶度较差，导致电子输运性能下降。在本研究中，采用水解氧化和溶胶-凝胶相结合的方法制备了SnO2电子传输层。研究结果表明，采用SnCl2水解氧化法制备高质量的SnO2结晶层可以作为预生长模板，提高溶胶-凝胶法制备SnO2的结晶质量。此外，用溶胶-凝胶法制备的SnO2结晶层覆盖水解氧化SnO2层可以提高器件制备的重复性。由此制备的电子传递层方法可以有效地提高薄膜晶体的生长质量和电荷的提取能力，最终有助于提高器件的效率及稳定性并减少迟滞。
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开发基于半导体功能材料的抗湿性室温气体传感器一直都是气体传感器领域的研究热点和难点。本文从金属氧化物半导体的高灵敏度和稳定性、Mxene(Ti3C2Tx)的室温气敏性以及聚四氟乙烯(PTFE)的疏水性出发，以Mxene薄膜为基体，采用磁控溅射法分别将ZnO和PTFE沉积到Ti3C2Tx表面，制备了PTFE/ZnO/Mxene复合薄膜，同时构筑了基于复合薄膜的气体传感器。通过扫描电镜、透射电镜和X射线光电子能谱对复合薄膜进行了表征，并对气体传感器的气敏性能和抗湿性能进行了研究。研究结果表明，基于PTFE/ZnO/Ti3C2Tx复合薄膜的气体传感器在室温下对氨气具有良好的选择性、较高的灵敏度和优异的循环稳定性。随着PTFE薄膜厚度的增加，基于复合薄膜的气体传感器的抗湿性能逐渐增加，但灵敏度有所下降。
开发基于半导体功能材料的抗湿性室温气体传感器一直都是气体传感器领域的研究热点和难点。本文从金属氧化物半导体的高灵敏度和稳定性、Mxene(Ti3C2Tx)的室温气敏性以及聚四氟乙烯(PTFE)的疏水性出发，以Mxene薄膜为基体，采用磁控溅射法分别将ZnO和PTFE沉积到Ti3C2Tx表面，制备了PTFE/ZnO/Mxene复合薄膜，同时构筑了基于复合薄膜的气体传感器。通过扫描电镜、透射电镜和X射线光电子能谱对复合薄膜进行了表征，并对气体传感器的气敏性能和抗湿性能进行了研究。研究结果表明，基于PTFE/ZnO/Ti3C2Tx复合薄膜的气体传感器在室温下对氨气具有良好的选择性、较高的灵敏度和优异的循环稳定性。随着PTFE薄膜厚度的增加，基于复合薄膜的气体传感器的抗湿性能逐渐增加，但灵敏度有所下降。
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铝离子电池具有高理论比容量、安全性高、低成本、原料来源充足等优势，被认为是锂离子电池的潜在替代品。但正极材料固有特性的不足极大地限制了铝离子电池的进一步发展。本文总结了正极材料在铝离子电池应用领域所发挥的重要作用，综述了铝离子电池正极材料的作用机制和研究进展，概述了碳基、过渡金属氧化物、硫化物、有机材料、金属有机骨架化合物等正极材料对铝离子电池电化学性能的影响。最后，对正极材料在铝离子电池领域亟需解决的问题进行了探讨，对未来铝离子电池正极材料的发展方向提出了展望。
铝离子电池具有高理论比容量、安全性高、低成本、原料来源充足等优势，被认为是锂离子电池的潜在替代品。但正极材料固有特性的不足极大地限制了铝离子电池的进一步发展。本文总结了正极材料在铝离子电池应用领域所发挥的重要作用，综述了铝离子电池正极材料的作用机制和研究进展，概述了碳基、过渡金属氧化物、硫化物、有机材料、金属有机骨架化合物等正极材料对铝离子电池电化学性能的影响。最后，对正极材料在铝离子电池领域亟需解决的问题进行了探讨，对未来铝离子电池正极材料的发展方向提出了展望。
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复合材料结构应变特征随着疲劳加载发生变化，因此本文尝试实时监测疲劳周期内复合材料结构的应变特征信号，通过应变信号评估结构疲劳寿命。然而已有研究表明，电阻式应变片在长时间动态测试中经常出现提前疲劳失效，不适合疲劳全周期内应变信号采集。为此，具有高耐疲劳性的新型聚偏氟乙烯压电薄膜(PVDF)被用于采集复合材料结构疲劳特征信号。通过在碳纤维增强树脂基复合材料(T700/9A16)层合板表面粘贴PVDF薄膜，获取层合板疲劳过程中的压电信号。基于压电效应，将表征疲劳损伤状态的应变信息转化为PVDF压电信号输出。基于试验生成的压电信号数据库，采用随机森林回归算法高效地建立压电信号与复合材料层合板疲劳循环次数之间的关联。通过不同循环次数下的PVDF压电信号可以准确预测试验件的实际疲劳加载次数，实现了对复合材料结构疲劳状态的有效评估。
复合材料结构应变特征随着疲劳加载发生变化，因此本文尝试实时监测疲劳周期内复合材料结构的应变特征信号，通过应变信号评估结构疲劳寿命。然而已有研究表明，电阻式应变片在长时间动态测试中经常出现提前疲劳失效，不适合疲劳全周期内应变信号采集。为此，具有高耐疲劳性的新型聚偏氟乙烯压电薄膜(PVDF)被用于采集复合材料结构疲劳特征信号。通过在碳纤维增强树脂基复合材料(T700/9A16)层合板表面粘贴PVDF薄膜，获取层合板疲劳过程中的压电信号。基于压电效应，将表征疲劳损伤状态的应变信息转化为PVDF压电信号输出。基于试验生成的压电信号数据库，采用随机森林回归算法高效地建立压电信号与复合材料层合板疲劳循环次数之间的关联。通过不同循环次数下的PVDF压电信号可以准确预测试验件的实际疲劳加载次数，实现了对复合材料结构疲劳状态的有效评估。
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近年来，新能源汽车的飞速发展对电池的性能提出了更高要求，而传统石墨类负极材料的比容量较低，难以满足发展的需求。硅具有极高的理论比容量，作为负极材料能有效提高电池性能，具有巨大的发展潜力，而制备硅基负极的硅源材料、硅颗粒的形貌尺寸及其加工制备工艺对硅基负极性能有着重要影响。本文综述了硅基负极材料的最新研究进展，重点关注硅源材料的选择、硅纳米化工艺、硅基负极材料的制备等，提出了不同硅源和对应制备工艺在硅基负极材料制备过程中存在的问题和挑战，为锂离子硅基负极的发展提供重要的参考。
近年来，新能源汽车的飞速发展对电池的性能提出了更高要求，而传统石墨类负极材料的比容量较低，难以满足发展的需求。硅具有极高的理论比容量，作为负极材料能有效提高电池性能，具有巨大的发展潜力，而制备硅基负极的硅源材料、硅颗粒的形貌尺寸及其加工制备工艺对硅基负极性能有着重要影响。本文综述了硅基负极材料的最新研究进展，重点关注硅源材料的选择、硅纳米化工艺、硅基负极材料的制备等，提出了不同硅源和对应制备工艺在硅基负极材料制备过程中存在的问题和挑战，为锂离子硅基负极的发展提供重要的参考。
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断裂相场法被广泛应用于各向同性和复合材料的断裂分析之中。目前，针对各向异性材料和复合材料的断裂问题仍然是断裂相场法的研究重点。本文基于应力拉压的球偏分解方式对弹性应变能进行分解，排除了压缩体积应变能造成的裂纹扩展，并考虑材料拉、压本构关系的非对称情况，建立了一个针对正交各向异性材料断裂问题的相场分析模型。为了验证模型的可靠性，分别对各向同性材料、正交各向异性材料的单边开口板的拉伸和剪切问题进行了分析。对单向纤维夹杂的复合材料板，应用Hashin准则对损伤裂纹驱动力进行了修正，并对不同碳纤维铺设方向复合材料板的拉伸问题进行了模拟。本文建立的模型能够模拟各向异性材料和单向纤维夹杂复合材料的裂纹扩展问题。对于各向同性材料和正交各向异性材料，模拟得到的裂纹扩展路径与现有模型一致，复合材料中裂纹扩展方向和纤维铺设方向平行，预测结果和实验结果吻合良好。
断裂相场法被广泛应用于各向同性和复合材料的断裂分析之中。目前，针对各向异性材料和复合材料的断裂问题仍然是断裂相场法的研究重点。本文基于应力拉压的球偏分解方式对弹性应变能进行分解，排除了压缩体积应变能造成的裂纹扩展，并考虑材料拉、压本构关系的非对称情况，建立了一个针对正交各向异性材料断裂问题的相场分析模型。为了验证模型的可靠性，分别对各向同性材料、正交各向异性材料的单边开口板的拉伸和剪切问题进行了分析。对单向纤维夹杂的复合材料板，应用Hashin准则对损伤裂纹驱动力进行了修正，并对不同碳纤维铺设方向复合材料板的拉伸问题进行了模拟。本文建立的模型能够模拟各向异性材料和单向纤维夹杂复合材料的裂纹扩展问题。对于各向同性材料和正交各向异性材料，模拟得到的裂纹扩展路径与现有模型一致，复合材料中裂纹扩展方向和纤维铺设方向平行，预测结果和实验结果吻合良好。
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为改善Ti2AlNb合金的本征脆性且不牺牲其高温性能，将其与高温钛合金TA15进行复合，采用真空热压法制备了Ti2AlNb/TA15叠层复合材料，研究了不同热压温度对其微观组织及其拉伸性能的影响。研究结果表明，界面层的孔洞缺陷随热压温度的升高逐渐减少，热压温度在1050℃及以上时可以获得无缺陷冶金结合界面。界面反应层厚度随热压温度的升高而增加，且在1050℃及以上的扩散温度条件下，反应区和Ti2AlNb层间形成了一定宽度的过渡层，提升了界面结合性能。拉伸实验结果表明，相较于Ti2AlNb合金，Ti2AlNb/TA15叠层复合材料的室温和高温拉伸性能均有显著的提升。其中1050℃热压温度条件下的叠层复合材料具有较好的综合性能，650℃高温抗拉强度和应变分别为667.85 MPa和16.2%。
为改善Ti2AlNb合金的本征脆性且不牺牲其高温性能，将其与高温钛合金TA15进行复合，采用真空热压法制备了Ti2AlNb/TA15叠层复合材料，研究了不同热压温度对其微观组织及其拉伸性能的影响。研究结果表明，界面层的孔洞缺陷随热压温度的升高逐渐减少，热压温度在1050℃及以上时可以获得无缺陷冶金结合界面。界面反应层厚度随热压温度的升高而增加，且在1050℃及以上的扩散温度条件下，反应区和Ti2AlNb层间形成了一定宽度的过渡层，提升了界面结合性能。拉伸实验结果表明，相较于Ti2AlNb合金，Ti2AlNb/TA15叠层复合材料的室温和高温拉伸性能均有显著的提升。其中1050℃热压温度条件下的叠层复合材料具有较好的综合性能，650℃高温抗拉强度和应变分别为667.85 MPa和16.2%。
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研究了750 ℃等温时效热处理对固溶态GH4650T在700℃拉伸性能及变形断裂机制的影响。实验发现，随着时效时间的延长，合金拉伸强度先升高后降低，而拉伸塑性表现出相反的变化趋势；时效48 h后，合金具有最佳的拉伸强度，而时效5 h后，合金拉伸伸长率最小。微观组织结构分析表明，时效过程中，γ′相粗化长大动力学遵循Lifshitz-Slyozov-Wagner熟化规律；等温时效过程中，随着γ′相颗粒尺寸的增加，合金主要变形机制由弱耦合位错对切割颗粒转变为强耦合位错对切割颗粒然后转变为Orowan绕过颗粒，而合金断裂的方式由塑性穿晶断裂转变为沿晶断裂然后转变为沿晶加穿晶混合型断裂，并且随着γ′相颗粒尺寸的增加，塑性穿晶断裂的方式越加明显。基于这些实验结果，讨论了合金拉伸性能与变形断裂机制之间的关系。
研究了750 ℃等温时效热处理对固溶态GH4650T在700℃拉伸性能及变形断裂机制的影响。实验发现，随着时效时间的延长，合金拉伸强度先升高后降低，而拉伸塑性表现出相反的变化趋势；时效48 h后，合金具有最佳的拉伸强度，而时效5 h后，合金拉伸伸长率最小。微观组织结构分析表明，时效过程中，γ′相粗化长大动力学遵循Lifshitz-Slyozov-Wagner熟化规律；等温时效过程中，随着γ′相颗粒尺寸的增加，合金主要变形机制由弱耦合位错对切割颗粒转变为强耦合位错对切割颗粒然后转变为Orowan绕过颗粒，而合金断裂的方式由塑性穿晶断裂转变为沿晶断裂然后转变为沿晶加穿晶混合型断裂，并且随着γ′相颗粒尺寸的增加，塑性穿晶断裂的方式越加明显。基于这些实验结果，讨论了合金拉伸性能与变形断裂机制之间的关系。
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多层复合材料筒状结构的残余应力可造成内部分层、结构失稳等，有必要结合理论和实验等研究其内部应力形成机制。基于各向异性线弹性本构和平面应力假设，建立了温度载荷作用下多层复合材料筒状结构内部应力的预测模型，并通过有限元仿真和热膨胀变形测试对模型有效性进行了校核和验证。结果表明，筒状结构环向的热膨胀变形从内层到外层逐渐增大，其中内层附近环向热膨胀系数低于面内热膨胀系数、外层附近环向热膨胀系数则高于面内热膨胀系数。在此基础上，结合模型理论分析揭示了层间应力对多层复合材料筒状结构的热膨胀变形行为的影响机制。在筒状结构形式下，温度加载引起的层间应力由一个涉及热膨胀系数和弹性参数的热力耦合项决定；由于多层复合材料面内与面外热膨胀系数存在差异，该应力耦合项不为零，从而在温度加载下形成了层间应力并影响了环向膨胀变形行为。基于上述认识，提出了调控多层复合材料筒状结构层间应力的有效措施。本研究对揭示多层复合材料筒状结构的层间开裂物理机制、优化其热力匹配设计等具有重要意义。
多层复合材料筒状结构的残余应力可造成内部分层、结构失稳等，有必要结合理论和实验等研究其内部应力形成机制。基于各向异性线弹性本构和平面应力假设，建立了温度载荷作用下多层复合材料筒状结构内部应力的预测模型，并通过有限元仿真和热膨胀变形测试对模型有效性进行了校核和验证。结果表明，筒状结构环向的热膨胀变形从内层到外层逐渐增大，其中内层附近环向热膨胀系数低于面内热膨胀系数、外层附近环向热膨胀系数则高于面内热膨胀系数。在此基础上，结合模型理论分析揭示了层间应力对多层复合材料筒状结构的热膨胀变形行为的影响机制。在筒状结构形式下，温度加载引起的层间应力由一个涉及热膨胀系数和弹性参数的热力耦合项决定；由于多层复合材料面内与面外热膨胀系数存在差异，该应力耦合项不为零，从而在温度加载下形成了层间应力并影响了环向膨胀变形行为。基于上述认识，提出了调控多层复合材料筒状结构层间应力的有效措施。本研究对揭示多层复合材料筒状结构的层间开裂物理机制、优化其热力匹配设计等具有重要意义。
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FRP构件的接头部分是结构的潜在薄弱环节，在结构尺度计算中准确反映接头的全过程行为是FRP组合结构的设计难点。本文以压缩工况下拼装式GFRP格构柱为结构背景，以拉挤GFRP方管型材的胶栓混合套管连接接头为研究对象，设计制备了四个胶栓混合连接试件和两个纯螺栓连接试件，开展了轴压静载试验，并建立了考虑胶层失效行为的实体有限元模型。结果表明：该连接形式具有二次承载特性，其整体力学行为源于胶层剪切传力机制和螺栓剪切传力机制的叠加结果；对于本文试件，二次极值荷载达到了首次极值荷载的92%，挤压破坏荷载相较于纯螺栓连接试件平均提升了49%。针对胶栓混合套管连接，提出了一种简化建模方法，并基于连续损伤模型和塑性势理论建立了以力和位移表述的宏观本构，提炼出了具有明确物理意义的本构参数，可在结构尺度计算中以较小的计算成本准确考虑接头的全过程行为。宏观本构模型的唯象属性使得简化建模方法对于接头的力学行为描述较为准确，计算成本较小，能够适用于压缩工况下拼装式GFRP格构柱的结构尺度计算分析。
FRP构件的接头部分是结构的潜在薄弱环节，在结构尺度计算中准确反映接头的全过程行为是FRP组合结构的设计难点。本文以压缩工况下拼装式GFRP格构柱为结构背景，以拉挤GFRP方管型材的胶栓混合套管连接接头为研究对象，设计制备了四个胶栓混合连接试件和两个纯螺栓连接试件，开展了轴压静载试验，并建立了考虑胶层失效行为的实体有限元模型。结果表明：该连接形式具有二次承载特性，其整体力学行为源于胶层剪切传力机制和螺栓剪切传力机制的叠加结果；对于本文试件，二次极值荷载达到了首次极值荷载的92%，挤压破坏荷载相较于纯螺栓连接试件平均提升了49%。针对胶栓混合套管连接，提出了一种简化建模方法，并基于连续损伤模型和塑性势理论建立了以力和位移表述的宏观本构，提炼出了具有明确物理意义的本构参数，可在结构尺度计算中以较小的计算成本准确考虑接头的全过程行为。宏观本构模型的唯象属性使得简化建模方法对于接头的力学行为描述较为准确，计算成本较小，能够适用于压缩工况下拼装式GFRP格构柱的结构尺度计算分析。
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为了解决铁氧体吸波材料密度大、吸收带宽窄等问题，以芦苇茎秆为原料，采用常温浸渍及高温原位生长法制备了铁氧体/芦苇秆炭(Ferrite/RC)复合材料，通过调节碳化温度调控复合材料的电磁特性和电磁波吸收性能。SEM、TEM、XRD及VNA等结果表明：Ferrite/RC复合材料保留了芦苇杆天然的三维蜂窝状网络结构，Fe3O4及铁纳米颗粒均匀分布在芦苇秆炭壁与孔道中；提升碳化温度(650~690℃)可增大复合材料的电导率与介电损耗能力，但温度过高会导致材料阻抗失配从而降低电磁衰减能力。碳化温度为670℃时制备的复合材料(FRC-670)吸波性能最佳，它在匹配厚度仅为1.7 mm时反射损耗达到−45.7 dB，对应有效吸收带宽为3.4 GHz；在厚度为2 mm时有效吸收带宽为5.7 GHz (12.1-17.8 GHz)。其主要的电磁波衰减机制源于复合材料良好的电导损耗、极化弛豫损耗以及电损耗与磁损耗的协同作用。铁氧体/芦苇秆炭复合材料优异的吸波性能在电磁波吸收领域具有良好前景，可促进芦苇资源的高值化与功能化应用。
为了解决铁氧体吸波材料密度大、吸收带宽窄等问题，以芦苇茎秆为原料，采用常温浸渍及高温原位生长法制备了铁氧体/芦苇秆炭(Ferrite/RC)复合材料，通过调节碳化温度调控复合材料的电磁特性和电磁波吸收性能。SEM、TEM、XRD及VNA等结果表明：Ferrite/RC复合材料保留了芦苇杆天然的三维蜂窝状网络结构，Fe3O4及铁纳米颗粒均匀分布在芦苇秆炭壁与孔道中；提升碳化温度(650~690℃)可增大复合材料的电导率与介电损耗能力，但温度过高会导致材料阻抗失配从而降低电磁衰减能力。碳化温度为670℃时制备的复合材料(FRC-670)吸波性能最佳，它在匹配厚度仅为1.7 mm时反射损耗达到−45.7 dB，对应有效吸收带宽为3.4 GHz；在厚度为2 mm时有效吸收带宽为5.7 GHz (12.1-17.8 GHz)。其主要的电磁波衰减机制源于复合材料良好的电导损耗、极化弛豫损耗以及电损耗与磁损耗的协同作用。铁氧体/芦苇秆炭复合材料优异的吸波性能在电磁波吸收领域具有良好前景，可促进芦苇资源的高值化与功能化应用。
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本文基于内聚力双线性本构关系，建立考虑疲劳损伤的内聚力模型，结合有限元分析技术，建立复合材料层合板疲劳分层扩展行为数值分析方法，分别对准静态和疲劳加载下平面机织复合材料II型分层扩展行为进行仿真分析，准静态加载下的载荷-位移曲线仿真结果与试验结果吻合良好，疲劳加载下的分层扩展速率-应变能释放率变程曲线仿真结果与试验结果吻合良好，验证了模型和方法的有效性。在此基础上，建立适用于平面机织复合材料的疲劳失效准则，结合层内渐进疲劳损伤分析模型，建立含初始分层损伤平面机织复合材料层合结构剩余寿命预测方法，预测了含初始分层损伤层合板的剩余寿命和渐进损伤过程，剩余寿命仿真结果与试验结果吻合良好，此外，结果表明疲劳损伤从初始分层损伤处起始，并逐渐向边缘扩展，紧邻初始分层损伤的两层0°单层板较早出现层内经向损伤和纬向损伤，单层板中0°层较45°层损伤更多，最后0°层以经向损伤为主导失效模式，45°层则以纬向损伤为主导失效模式，各层间界面均出现大面积损伤。
本文基于内聚力双线性本构关系，建立考虑疲劳损伤的内聚力模型，结合有限元分析技术，建立复合材料层合板疲劳分层扩展行为数值分析方法，分别对准静态和疲劳加载下平面机织复合材料II型分层扩展行为进行仿真分析，准静态加载下的载荷-位移曲线仿真结果与试验结果吻合良好，疲劳加载下的分层扩展速率-应变能释放率变程曲线仿真结果与试验结果吻合良好，验证了模型和方法的有效性。在此基础上，建立适用于平面机织复合材料的疲劳失效准则，结合层内渐进疲劳损伤分析模型，建立含初始分层损伤平面机织复合材料层合结构剩余寿命预测方法，预测了含初始分层损伤层合板的剩余寿命和渐进损伤过程，剩余寿命仿真结果与试验结果吻合良好，此外，结果表明疲劳损伤从初始分层损伤处起始，并逐渐向边缘扩展，紧邻初始分层损伤的两层0°单层板较早出现层内经向损伤和纬向损伤，单层板中0°层较45°层损伤更多，最后0°层以经向损伤为主导失效模式，45°层则以纬向损伤为主导失效模式，各层间界面均出现大面积损伤。
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为了研究高强钢筋与超高性能混凝(Ultra-high-performance concrete, UHPC) 的黏结性能，通过梁式搭接试验，设计制作了9根搭接梁，分析了钢筋搭接长度、钢纤维掺量、机械锚固措施对搭接梁中高强钢筋与UHPC黏结性能的影响。结果表明：采用UHPC连接的搭接梁，搭接段受拉钢筋与混凝土具有更优异的黏结性能；随着钢筋搭接长度的增加，搭接梁的峰值荷载提高，但平均黏结强度逐渐减小；搭接梁的峰值荷载和黏结强度随着钢纤维掺量的增大而增大；采用机械锚固措施处理后的搭接梁，具有更高的峰值荷载和黏结强度，其中采用弯钩处理的搭接梁峰值荷载和黏结强度提升最为明显，分别提高了212.4%，199.4%，并且搭接钢筋发生屈服。根据搭接梁达到峰值荷载时轴力和弯矩的平衡条件，计算出搭接梁中钢筋的最大拉应力，进一步建立钢筋与UHPC平均黏结强度的计算方法，并与中心拉拔试验，对拉搭接试验结果进行对比。
为了研究高强钢筋与超高性能混凝(Ultra-high-performance concrete, UHPC) 的黏结性能，通过梁式搭接试验，设计制作了9根搭接梁，分析了钢筋搭接长度、钢纤维掺量、机械锚固措施对搭接梁中高强钢筋与UHPC黏结性能的影响。结果表明：采用UHPC连接的搭接梁，搭接段受拉钢筋与混凝土具有更优异的黏结性能；随着钢筋搭接长度的增加，搭接梁的峰值荷载提高，但平均黏结强度逐渐减小；搭接梁的峰值荷载和黏结强度随着钢纤维掺量的增大而增大；采用机械锚固措施处理后的搭接梁，具有更高的峰值荷载和黏结强度，其中采用弯钩处理的搭接梁峰值荷载和黏结强度提升最为明显，分别提高了212.4%，199.4%，并且搭接钢筋发生屈服。根据搭接梁达到峰值荷载时轴力和弯矩的平衡条件，计算出搭接梁中钢筋的最大拉应力，进一步建立钢筋与UHPC平均黏结强度的计算方法，并与中心拉拔试验，对拉搭接试验结果进行对比。
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TiO2基的光催化剂已被广泛用于各种有机物污染物的光氧化和水中六价铬Cr(VI)的光还原。然而，对光催化还原硝基芳香化合物为胺基芳香化合物的研究鲜有报道。本研究采用液相沉积(LPD)法将锐钛矿型TiO2沉积在非晶SiO2包覆的Fe3O4上，制备了核壳结构的Fe3O4@SiO2@TiO2磁性光催化剂。为进一步提高其光催化活性，将均匀分散的Au纳米粒子(Au NPs)修饰在其表面，以获得Fe3O4@SiO2@TiO2-Au纳米复合材料。对这两种TiO2基的磁性复合材料进行表征并将其用作光催化剂。在紫外光照射下，用HCOONH4作为空穴捕集剂和H源，以对硝基苯胺(p-NA)光催化还原至对苯二胺(p-PDA)作为模型反应，评价其光催化还原性能。结果表明，虽然两种光催化剂都能将p-NA完全还原成p-PDA，但Fe3O4@SiO2@TiO2-Au表现出比Fe3O4@SiO2@TiO2更优异的光催化活性。这是因为TiO2表面修饰的Au NPs能有效地促进光激发的电子从TiO2的导带转移到Au，最大限度地减少电子和空穴的复合率，延长光电子的寿命。此外，不可或缺的HCOONH4在p-NA的光催化还原中能有效地捕获光生空穴，及大地提高了其光催化还原效率。
TiO2基的光催化剂已被广泛用于各种有机物污染物的光氧化和水中六价铬Cr(VI)的光还原。然而，对光催化还原硝基芳香化合物为胺基芳香化合物的研究鲜有报道。本研究采用液相沉积(LPD)法将锐钛矿型TiO2沉积在非晶SiO2包覆的Fe3O4上，制备了核壳结构的Fe3O4@SiO2@TiO2磁性光催化剂。为进一步提高其光催化活性，将均匀分散的Au纳米粒子(Au NPs)修饰在其表面，以获得Fe3O4@SiO2@TiO2-Au纳米复合材料。对这两种TiO2基的磁性复合材料进行表征并将其用作光催化剂。在紫外光照射下，用HCOONH4作为空穴捕集剂和H源，以对硝基苯胺(p-NA)光催化还原至对苯二胺(p-PDA)作为模型反应，评价其光催化还原性能。结果表明，虽然两种光催化剂都能将p-NA完全还原成p-PDA，但Fe3O4@SiO2@TiO2-Au表现出比Fe3O4@SiO2@TiO2更优异的光催化活性。这是因为TiO2表面修饰的Au NPs能有效地促进光激发的电子从TiO2的导带转移到Au，最大限度地减少电子和空穴的复合率，延长光电子的寿命。此外，不可或缺的HCOONH4在p-NA的光催化还原中能有效地捕获光生空穴，及大地提高了其光催化还原效率。
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氮化硼纳米片(BNNS)/聚合物复合材料因其高导热性能和电绝缘性能在热管理材料领域具有很大的潜力，但是由于BNNS表面化学惰性造成较高的界面热阻，导致BNNS 的优越性尚未得到充分发挥。通过高温碱处理结合液相辅助超声的方法成功制备羟基化氮化硼纳米片(BNNS-OH)，然后采用真空抽滤结合压制干燥方法将BNNS-OH与纤维素纳米纤维(CNF)结合制备羟基化氮化硼纳米片/纤维素纳米纤维(BNNS-OH/CNF)高导热复合材料。氮化硼纳米片表面修饰的羟基有利于增强与CNF之间的相容性和BNNS的分散性，从而减少界面热阻；并且一维结构的CNF不会完全覆盖导热填料，压制干燥方法可以进一步减少填料与聚合物之间的空隙，形成致密的层状结构，有利于填料间更好接触，形成连续热传导通道，这都有利于提高复合材料热导率。在负载30 wt% BNNS-OH填料下，BNNS-OH/CNF的热导率高达14.571 W·m−1·K−1，比纯CNF薄膜大约高出819%。在实际散热应用中，与CNF薄膜相比，使用BNNS-OH/CNF复合薄膜的LED芯片在150秒内温度降低了29.5℃。
氮化硼纳米片(BNNS)/聚合物复合材料因其高导热性能和电绝缘性能在热管理材料领域具有很大的潜力，但是由于BNNS表面化学惰性造成较高的界面热阻，导致BNNS 的优越性尚未得到充分发挥。通过高温碱处理结合液相辅助超声的方法成功制备羟基化氮化硼纳米片(BNNS-OH)，然后采用真空抽滤结合压制干燥方法将BNNS-OH与纤维素纳米纤维(CNF)结合制备羟基化氮化硼纳米片/纤维素纳米纤维(BNNS-OH/CNF)高导热复合材料。氮化硼纳米片表面修饰的羟基有利于增强与CNF之间的相容性和BNNS的分散性，从而减少界面热阻；并且一维结构的CNF不会完全覆盖导热填料，压制干燥方法可以进一步减少填料与聚合物之间的空隙，形成致密的层状结构，有利于填料间更好接触，形成连续热传导通道，这都有利于提高复合材料热导率。在负载30 wt% BNNS-OH填料下，BNNS-OH/CNF的热导率高达14.571 W·m−1·K−1，比纯CNF薄膜大约高出819%。在实际散热应用中，与CNF薄膜相比，使用BNNS-OH/CNF复合薄膜的LED芯片在150秒内温度降低了29.5℃。
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为了研究长期水分-载荷耦合作用下2D编织复合材料的吸湿行为及性能劣化规律，设计了水分-载荷耦合环境老化装置，开展了不同应力水平下T300/H69 平纹编织复合材料的吸湿试验及吸湿后的拉伸试验。结果表明：T300/H69 编织复合材料的吸湿量与拉伸预应力总体上呈现正相关，随着拉伸预应力的增大而增大；相对于水分单独作用，水分-载荷耦合作用下材料的弹性模量和强度退化更为明显，在140% σs预应力下作用432小时后，编织复合材料的弹性模量及失效强度分别下降达55.9%和35.4%。此外，通过宏微观断面分析，进一步揭示长期水分-载荷耦合作用下编织复合材料性能的退化机制，并基于Shiva剩余强度理论，改进了水分-载荷作用下复合材料的剩余强度模型，预测结果良好，为复杂环境下复合材料耐久性设计提供指导。
为了研究长期水分-载荷耦合作用下2D编织复合材料的吸湿行为及性能劣化规律，设计了水分-载荷耦合环境老化装置，开展了不同应力水平下T300/H69 平纹编织复合材料的吸湿试验及吸湿后的拉伸试验。结果表明：T300/H69 编织复合材料的吸湿量与拉伸预应力总体上呈现正相关，随着拉伸预应力的增大而增大；相对于水分单独作用，水分-载荷耦合作用下材料的弹性模量和强度退化更为明显，在140% σs预应力下作用432小时后，编织复合材料的弹性模量及失效强度分别下降达55.9%和35.4%。此外，通过宏微观断面分析，进一步揭示长期水分-载荷耦合作用下编织复合材料性能的退化机制，并基于Shiva剩余强度理论，改进了水分-载荷作用下复合材料的剩余强度模型，预测结果良好，为复杂环境下复合材料耐久性设计提供指导。
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为提升钢筋混凝土(RC)墩柱的抗震性能并充分利用工程水泥基复合材料(ECC)的力学性能，提出了ECC壳-RC组合墩柱的构造；基于ABAQUS有限元软件建立了现浇ECC壳-RC组合墩柱数值分析模型，并基于既有试验结果验证；进而探究了ECC节段高度、ECC壳厚度、纵筋配筋率、体积配箍率、轴压比等参数对组合墩柱抗震性能的影响规律。在此基础上，探讨了该型组合墩柱塑性铰形成机制。结果表明：相较于RC墩柱，ECC壳-RC组合墩柱的承载能力、延性和耗能能力均有所提高。增加ECC节段高度，组合墩柱的峰值荷载有所增加，ECC节段高度达到1.4h (截面高度)后组合墩柱的抗震性能接近全高度ECC墩柱的抗震性能；增加ECC壳厚度及纵筋配筋率可同时提高组合墩柱的峰值荷载及延性，ECC壳厚度达到1/5h后继续增加ECC壳厚度对提升组合墩柱抗震性能效果不明显；增加轴压比可使试件初始刚度和峰值荷载增加，但对延性产生不利影响；减小塑性铰区域的体积配箍率试件延性明显降低，而承载力变化不明显；组合墩柱的塑性铰形成机制受ECC壳-RC组合节段高度影响显著，存在一个组合节段临界高度使该组合柱的塑性铰区不发生转移。
为提升钢筋混凝土(RC)墩柱的抗震性能并充分利用工程水泥基复合材料(ECC)的力学性能，提出了ECC壳-RC组合墩柱的构造；基于ABAQUS有限元软件建立了现浇ECC壳-RC组合墩柱数值分析模型，并基于既有试验结果验证；进而探究了ECC节段高度、ECC壳厚度、纵筋配筋率、体积配箍率、轴压比等参数对组合墩柱抗震性能的影响规律。在此基础上，探讨了该型组合墩柱塑性铰形成机制。结果表明：相较于RC墩柱，ECC壳-RC组合墩柱的承载能力、延性和耗能能力均有所提高。增加ECC节段高度，组合墩柱的峰值荷载有所增加，ECC节段高度达到1.4h (截面高度)后组合墩柱的抗震性能接近全高度ECC墩柱的抗震性能；增加ECC壳厚度及纵筋配筋率可同时提高组合墩柱的峰值荷载及延性，ECC壳厚度达到1/5h后继续增加ECC壳厚度对提升组合墩柱抗震性能效果不明显；增加轴压比可使试件初始刚度和峰值荷载增加，但对延性产生不利影响；减小塑性铰区域的体积配箍率试件延性明显降低，而承载力变化不明显；组合墩柱的塑性铰形成机制受ECC壳-RC组合节段高度影响显著，存在一个组合节段临界高度使该组合柱的塑性铰区不发生转移。
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设计制作了18组54个纤维缠绕GFRP管约束混凝土圆柱试件，参数包括纤维层数(6、10)、纤维角度(\begin{document}$ \pm 45^\circ $\end{document} \begin{document}$ \pm 60^\circ $\end{document} \begin{document}$ \pm 80^\circ $\end{document} \begin{document}$ \pm 60^\circ $\end{document} \begin{document}$ \pm 80^\circ $\end{document} \begin{document}$ \pm 45^\circ $\end{document}
设计制作了18组54个纤维缠绕GFRP管约束混凝土圆柱试件，参数包括纤维层数(6、10)、纤维角度(
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广泛应用于航空航天、交通运输等领域的复合材料层合板在实际应用中存在着承载能力和稳定性方面的挑战，为解决上述问题，采用自动铺丝可变刚度层合板，并对其力学特性及失效机制进行研究。首先，在线性变角度函数的基础上，提出一种新型周期线性延拓函数算法，以优化复合材料纤维铺放路径，实现更为详细和精确的纤维轨迹变化。其次，通过Python/Abaqus联合构建新型变刚度层合板有限元模型。最后，分析了定/变刚度层合板三点弯曲下的损伤机制，揭示了不同纤维铺放角对层合板力学特性、应力分布和损伤情况的影响。研究结果表明：三点工况下中心纤维取向角对弯曲性能产生显著影响，0°有利于性能提升，90°则导致性能下降；在中心纤维取向角T0=5°的基础上，采用变角度设计可以有效抑制弯曲损伤进一步扩展，均匀层合板面内应力分布，同时进一步提高弯曲极限应力，最大提升幅度为28.31%。本研究为后续复合材料层合板的抗弯曲设计和优化提供了重要的研究思路和流程，具有一定参考意义。
广泛应用于航空航天、交通运输等领域的复合材料层合板在实际应用中存在着承载能力和稳定性方面的挑战，为解决上述问题，采用自动铺丝可变刚度层合板，并对其力学特性及失效机制进行研究。首先，在线性变角度函数的基础上，提出一种新型周期线性延拓函数算法，以优化复合材料纤维铺放路径，实现更为详细和精确的纤维轨迹变化。其次，通过Python/Abaqus联合构建新型变刚度层合板有限元模型。最后，分析了定/变刚度层合板三点弯曲下的损伤机制，揭示了不同纤维铺放角对层合板力学特性、应力分布和损伤情况的影响。研究结果表明：三点工况下中心纤维取向角对弯曲性能产生显著影响，0°有利于性能提升，90°则导致性能下降；在中心纤维取向角T0=5°的基础上，采用变角度设计可以有效抑制弯曲损伤进一步扩展，均匀层合板面内应力分布，同时进一步提高弯曲极限应力，最大提升幅度为28.31%。本研究为后续复合材料层合板的抗弯曲设计和优化提供了重要的研究思路和流程，具有一定参考意义。
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采用等离子体技术对涤纶织物进行表面预处理，在涤纶织物表面负载纳米TiO2，然后通过分子组装法在TiO2/聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)表面生长Se纳米球(SeNPs)和Se纳米线(SeNWs)，在涤纶织物表面构筑Se@TiO2二元复合结构(SeNPs@TiO2/PET和SeNWs@TiO2/PET)。通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见吸收光谱(UV-vis)、光致发光光谱(PL)及光催化和抗菌实验对材料的晶体结构、表面形态、化学组成、光催化性能及抗菌性能等进行表征。通过接触角测试对复合光催化材料的表面润湿性能进行表征。光催化降解实验表明SeNWs@TiO2/PET在模拟太阳光下具有更高的降解率，其对模型污染物亚甲基蓝降解90 min后，降解率达到98.3%。PL光谱表明SeNWs@TiO2/PET电子-空穴对的分离率高于SeNPs@TiO2/PET。UV-vis光谱表明SeNPs@TiO2/PET和SeNWs@TiO2/PET的相对禁带宽度分别为2.8 eV和2.7 eV。两种复合材料对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌率分别可达到99%和90%以上。
采用等离子体技术对涤纶织物进行表面预处理，在涤纶织物表面负载纳米TiO2，然后通过分子组装法在TiO2/聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)表面生长Se纳米球(SeNPs)和Se纳米线(SeNWs)，在涤纶织物表面构筑Se@TiO2二元复合结构(SeNPs@TiO2/PET和SeNWs@TiO2/PET)。通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见吸收光谱(UV-vis)、光致发光光谱(PL)及光催化和抗菌实验对材料的晶体结构、表面形态、化学组成、光催化性能及抗菌性能等进行表征。通过接触角测试对复合光催化材料的表面润湿性能进行表征。光催化降解实验表明SeNWs@TiO2/PET在模拟太阳光下具有更高的降解率，其对模型污染物亚甲基蓝降解90 min后，降解率达到98.3%。PL光谱表明SeNWs@TiO2/PET电子-空穴对的分离率高于SeNPs@TiO2/PET。UV-vis光谱表明SeNPs@TiO2/PET和SeNWs@TiO2/PET的相对禁带宽度分别为2.8 eV和2.7 eV。两种复合材料对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌率分别可达到99%和90%以上。
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柔性压阻传感器在可穿戴式设备、电子皮肤、人机交互等领域有着极大的应用需求。常见的柔性压阻传感器导电敏感介质存在成本高、制备工艺复杂的问题，限制了其实用化进程和批量化生产。本文以明胶为牺牲剂制备了具有多孔结构的聚二甲基硅氧烷(PDMS)弹性体，再采用浸渍法获得了聚(3,4-亚乙基二氧噻吩):聚(苯乙烯磺酸盐)(PEDOT:PSS)和MXene复合修饰的PDMS柔性压阻传感器。实验表明，当PEDOT:PSS和MXene复合浓度分别为15 mg/mL和10 mg/mL时，传感器灵敏度获得最大值，在12~40 kPa压力范围内，灵敏度达29.1 kPa−1。经测试，所制备的传感器响应时间为0.36 s，回复时间为0.6 s。该传感器可以检测人体关节(手指、肘部、膝盖)运动，表明开发的压力传感器在智能衣物、柔性可穿戴电子设备及人机交互领域具有良好的应用前景。
柔性压阻传感器在可穿戴式设备、电子皮肤、人机交互等领域有着极大的应用需求。常见的柔性压阻传感器导电敏感介质存在成本高、制备工艺复杂的问题，限制了其实用化进程和批量化生产。本文以明胶为牺牲剂制备了具有多孔结构的聚二甲基硅氧烷(PDMS)弹性体，再采用浸渍法获得了聚(3,4-亚乙基二氧噻吩):聚(苯乙烯磺酸盐)(PEDOT:PSS)和MXene复合修饰的PDMS柔性压阻传感器。实验表明，当PEDOT:PSS和MXene复合浓度分别为15 mg/mL和10 mg/mL时，传感器灵敏度获得最大值，在12~40 kPa压力范围内，灵敏度达29.1 kPa−1。经测试，所制备的传感器响应时间为0.36 s，回复时间为0.6 s。该传感器可以检测人体关节(手指、肘部、膝盖)运动，表明开发的压力传感器在智能衣物、柔性可穿戴电子设备及人机交互领域具有良好的应用前景。
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飞机、卫星等飞行器装载有多种关键电子元器件，易受强电磁场环境干扰；同时飞行器的部分结构在工作中需满足大形变、可拉伸等力学要求，因此高导电、可拉伸电磁屏蔽材料受到广泛关注。以氧化石墨烯为原料，通过流延法和高温石墨化处理制备了厚度为13.5 μm的高导电柔性石墨烯薄膜(GP-4)，其电导率和电磁屏蔽效能分别为6010 S/cm和68.4 dB。以预拉伸的波纹状聚二甲基硅烷(PDMS)为基底，制备了具有双层结构的GP-4/PDMS-50.5复合膜，轴向拉伸应变高达50.5%。当GP-4/PDMS-50.5复合膜轴向拉伸应变为50.5%及拉伸循环次数为500时，该复合膜仍能保持优异的导电性能和电磁屏蔽性能。其中，复合膜的电阻与GP-4薄膜基本一致，分别为1.04 Ω和1.06 Ω；复合膜的电磁屏蔽效能高达68.5 dB 和67.7 dB。这些优良性能表明了GP-4/PDMS-50.5复合膜在柔性电子设备的电磁屏蔽领域具有巨大应用前景。
飞机、卫星等飞行器装载有多种关键电子元器件，易受强电磁场环境干扰；同时飞行器的部分结构在工作中需满足大形变、可拉伸等力学要求，因此高导电、可拉伸电磁屏蔽材料受到广泛关注。以氧化石墨烯为原料，通过流延法和高温石墨化处理制备了厚度为13.5 μm的高导电柔性石墨烯薄膜(GP-4)，其电导率和电磁屏蔽效能分别为6010 S/cm和68.4 dB。以预拉伸的波纹状聚二甲基硅烷(PDMS)为基底，制备了具有双层结构的GP-4/PDMS-50.5复合膜，轴向拉伸应变高达50.5%。当GP-4/PDMS-50.5复合膜轴向拉伸应变为50.5%及拉伸循环次数为500时，该复合膜仍能保持优异的导电性能和电磁屏蔽性能。其中，复合膜的电阻与GP-4薄膜基本一致，分别为1.04 Ω和1.06 Ω；复合膜的电磁屏蔽效能高达68.5 dB 和67.7 dB。这些优良性能表明了GP-4/PDMS-50.5复合膜在柔性电子设备的电磁屏蔽领域具有巨大应用前景。
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为研究微硅粉(Micro silicon powder, MP)-橡胶/水泥砂浆的力学性能，试验设计了16组试件，通过单轴抗压试验与抗冲击试验(SHPB)分析不同微硅粉掺量、橡胶粒径和养护龄期试件的峰值应力、峰值应变、弹性模量，抗冲击强度、破坏形态与应力-应变曲线。单轴抗压试验表明：在相同的养护龄期下，橡胶颗粒的加入使得砂浆试件的抗压强度与弹性模量降低，峰值应变增加，加入微硅粉后试件的强度与弹性模量会有所回升。抗冲击试验表明：橡胶会降低砂浆的抗冲击强度，但能改善砂浆的破坏形态，而微硅粉不仅能增强这种改善作用，还能提升橡胶/水泥砂浆的抗冲击强度，另外加入微硅粉后，试件的应力-应变曲线的峰值荷载会因为其弹性变形与弹塑性变形阶段的缩短而向左偏移，但破坏阶段明显延长。
为研究微硅粉(Micro silicon powder, MP)-橡胶/水泥砂浆的力学性能，试验设计了16组试件，通过单轴抗压试验与抗冲击试验(SHPB)分析不同微硅粉掺量、橡胶粒径和养护龄期试件的峰值应力、峰值应变、弹性模量，抗冲击强度、破坏形态与应力-应变曲线。单轴抗压试验表明：在相同的养护龄期下，橡胶颗粒的加入使得砂浆试件的抗压强度与弹性模量降低，峰值应变增加，加入微硅粉后试件的强度与弹性模量会有所回升。抗冲击试验表明：橡胶会降低砂浆的抗冲击强度，但能改善砂浆的破坏形态，而微硅粉不仅能增强这种改善作用，还能提升橡胶/水泥砂浆的抗冲击强度，另外加入微硅粉后，试件的应力-应变曲线的峰值荷载会因为其弹性变形与弹塑性变形阶段的缩短而向左偏移，但破坏阶段明显延长。
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碳/碳复合材料以其优异的性能广泛应用于航空航天、武器装备等领域，但碳纤维预制体成本高等因素限制了碳/碳复合材料的发展。碳泡沫具有三维网状结构，其韧带表现出与碳纤维相似的性质，可以作为增强相制备新型碳/碳复合材料。本文以酚醛树脂作为碳源，NaCl作为造孔剂，制备出不同碳纤维体积含量(0vol%、1vol%、3vol%、5vol%、7vol%)的碳泡沫作为碳/碳复合材料预制体，利用热梯度化学气相渗积(TG-CVI)快速致密化技术制备碳/碳复合材料，考察了碳纤维含量对碳纤维/碳泡沫预制体及其致密化后密度、微观结构和力学性能的影响。结果表明，随着碳纤维含量的增加，碳纤维/碳泡沫预制体中的微裂纹数量显增加，密度由0.51 g/cm3逐渐降低至0.31 g/cm3，抗压强度由51.30 MPa下降至1.30 MPa，抗弯强度由42.53 MPa下降至6.32 MPa。致密化之后碳/碳复合材料抗压强度与抗弯强度显著提升，最高分别为183.67 MPa和123.46 MPa，其密度为1.09 g/cm3，因此具有高比强度。致密化后复合材料的热导率从0.298 W/(m·K)(致密化前)增大到2.484 W/(m·K)，提升了734%，这是由于致密化后碳纤维与热解碳形成了三维导热网络。
碳/碳复合材料以其优异的性能广泛应用于航空航天、武器装备等领域，但碳纤维预制体成本高等因素限制了碳/碳复合材料的发展。碳泡沫具有三维网状结构，其韧带表现出与碳纤维相似的性质，可以作为增强相制备新型碳/碳复合材料。本文以酚醛树脂作为碳源，NaCl作为造孔剂，制备出不同碳纤维体积含量(0vol%、1vol%、3vol%、5vol%、7vol%)的碳泡沫作为碳/碳复合材料预制体，利用热梯度化学气相渗积(TG-CVI)快速致密化技术制备碳/碳复合材料，考察了碳纤维含量对碳纤维/碳泡沫预制体及其致密化后密度、微观结构和力学性能的影响。结果表明，随着碳纤维含量的增加，碳纤维/碳泡沫预制体中的微裂纹数量显增加，密度由0.51 g/cm3逐渐降低至0.31 g/cm3，抗压强度由51.30 MPa下降至1.30 MPa，抗弯强度由42.53 MPa下降至6.32 MPa。致密化之后碳/碳复合材料抗压强度与抗弯强度显著提升，最高分别为183.67 MPa和123.46 MPa，其密度为1.09 g/cm3，因此具有高比强度。致密化后复合材料的热导率从0.298 W/(m·K)(致密化前)增大到2.484 W/(m·K)，提升了734%，这是由于致密化后碳纤维与热解碳形成了三维导热网络。
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多波段兼容的复合涂层材料在军民融合领域需求迫切，是目前的研究热点。涂料粘结剂是影响涂层力学性能、红外性能和介电性能的重要组分，然而大部分有机粘结剂红外发射率较高，添加低发射率填料后往往无法协调力学性能、红外隐身和雷达透波性能之间的矛盾。以丙烯酸(AA)、马来酸酐(MAH)为改性单体对三元乙丙粘结剂进行接枝改性，以改性前后的三元乙丙为粘结剂，以漂浮性铝粉和短切抗静电碳纤维为填料，制备了具有低红外发射率和低介电损耗特性的复合涂层。系统研究了改性单体种类、用量对粘结剂本身以及对添加填料的复合涂层性能的影响规律。研究结果表明，随着改性单体含量的增加，复合涂层的红外发射率略有提高，而雷达透波性能基本维持不变。粘结剂的接枝改性改善了填料和粘结剂之间的相容性、润湿性和界面结合，显著提高了复合涂层的力学性能，通过适当的接枝改性，复合涂层的拉伸强度(σb)和断裂伸长率(e)分别可提高32%和18%。分析了引入极性单体对复合涂层介电常数和损耗的影响，以及对填料与树脂相容性的影响。
多波段兼容的复合涂层材料在军民融合领域需求迫切，是目前的研究热点。涂料粘结剂是影响涂层力学性能、红外性能和介电性能的重要组分，然而大部分有机粘结剂红外发射率较高，添加低发射率填料后往往无法协调力学性能、红外隐身和雷达透波性能之间的矛盾。以丙烯酸(AA)、马来酸酐(MAH)为改性单体对三元乙丙粘结剂进行接枝改性，以改性前后的三元乙丙为粘结剂，以漂浮性铝粉和短切抗静电碳纤维为填料，制备了具有低红外发射率和低介电损耗特性的复合涂层。系统研究了改性单体种类、用量对粘结剂本身以及对添加填料的复合涂层性能的影响规律。研究结果表明，随着改性单体含量的增加，复合涂层的红外发射率略有提高，而雷达透波性能基本维持不变。粘结剂的接枝改性改善了填料和粘结剂之间的相容性、润湿性和界面结合，显著提高了复合涂层的力学性能，通过适当的接枝改性，复合涂层的拉伸强度(σb)和断裂伸长率(e)分别可提高32%和18%。分析了引入极性单体对复合涂层介电常数和损耗的影响，以及对填料与树脂相容性的影响。
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碱-硅酸反应(ASR)是混凝土中碱性孔隙溶液和骨料中反应性非结晶SiO2之间的反应，会导致混凝土膨胀和开裂，及力学性能下降。本研究基于巴氏芽孢杆菌微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)技术，采用不同处理次数及方式(表面处理潜在活性骨料及其制成的砂浆棒)，综合评价MICP对ASR的抑制规律与机制。结果表明，MICP处理可以在骨料及砂浆棒表面形成具有黏附作用的致密CaCO3层，从而阻止碱性离子和水的入侵，且抑制效果随处理次数的增多而变强；与对照组相比，处理砂浆棒时，力学性能最大提升了13.8%，膨胀率下降了35%；处理骨料时，由于表面CaCO3层可同时阻隔孔隙溶液中已有及外部入侵的碱性离子与水分，其力学性能提升了25.3%，膨胀率下降了59.6%，具有更好的抑制效果。微观结构和成分分析表明，经MICP处理后骨料表面Si和Na原子比例分别下降了69.6%和88.9%，表明ASR凝胶显著减少。
碱-硅酸反应(ASR)是混凝土中碱性孔隙溶液和骨料中反应性非结晶SiO2之间的反应，会导致混凝土膨胀和开裂，及力学性能下降。本研究基于巴氏芽孢杆菌微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)技术，采用不同处理次数及方式(表面处理潜在活性骨料及其制成的砂浆棒)，综合评价MICP对ASR的抑制规律与机制。结果表明，MICP处理可以在骨料及砂浆棒表面形成具有黏附作用的致密CaCO3层，从而阻止碱性离子和水的入侵，且抑制效果随处理次数的增多而变强；与对照组相比，处理砂浆棒时，力学性能最大提升了13.8%，膨胀率下降了35%；处理骨料时，由于表面CaCO3层可同时阻隔孔隙溶液中已有及外部入侵的碱性离子与水分，其力学性能提升了25.3%，膨胀率下降了59.6%，具有更好的抑制效果。微观结构和成分分析表明，经MICP处理后骨料表面Si和Na原子比例分别下降了69.6%和88.9%，表明ASR凝胶显著减少。
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推广使用再生混凝土是实现建筑固废资源化再利用和生态环境可持续发展的重要途径，纤维增强复合材料(FRP)约束再生混凝土是改善和提升其力学性能的有效方法。国内外研究人员对不同再生骨料取代率、FRP种类、侧向约束刚度(FRP层数)、FRP全包裹/条带式包裹等设计参数下FRP约束再生混凝土材料抗压强度、应力-应变曲线以及构件的力学性能和抗震性能指标的变化规律进行了试验研究和理论分析，比较了FRP约束普通混凝土极限强度和极限应变模型对FRP约束再生混凝土试件试验结果的适用性。本文分析了FRP约束再生混凝土材料和构件相关性能的研究现状及存在的不足，归纳了需要进一步研究的问题，以期为后续FRP约束再生混凝土结构力学性能研究和工程应用提供参考。
推广使用再生混凝土是实现建筑固废资源化再利用和生态环境可持续发展的重要途径，纤维增强复合材料(FRP)约束再生混凝土是改善和提升其力学性能的有效方法。国内外研究人员对不同再生骨料取代率、FRP种类、侧向约束刚度(FRP层数)、FRP全包裹/条带式包裹等设计参数下FRP约束再生混凝土材料抗压强度、应力-应变曲线以及构件的力学性能和抗震性能指标的变化规律进行了试验研究和理论分析，比较了FRP约束普通混凝土极限强度和极限应变模型对FRP约束再生混凝土试件试验结果的适用性。本文分析了FRP约束再生混凝土材料和构件相关性能的研究现状及存在的不足，归纳了需要进一步研究的问题，以期为后续FRP约束再生混凝土结构力学性能研究和工程应用提供参考。
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为研制全生物降解地膜以减少传统塑料地膜的污染，以淀粉(TPS)和PBAT为原料，制备了2种原料配比的生物降解地膜TPS/PBAT-A和TPS/PBAT-B，研究其在热老化(60、80、100℃)和多因素老化(温度、湿度、光照强度分别为40℃-65%-310 W/m2、60℃-65%-310 W/m2和60℃-65%-648 W/m2)的综合性能。未老化前，2种地膜TPS/PBAT-A和TPS/PBAT-B的拉伸强度分别为16.3 MPa 和20.8 MPa，断裂伸长率分别为1222.7%和564.5%。高温热老化后2种地膜力学性能下降，经100℃热老化后，2种地膜TPS/PBAT-A和TPS/PBAT-B的拉伸强度分别降至11.2 MPa和18.2 MPa；TPS/PBAT-B地膜在热老化后表面缺陷相对较少，其性能保留较好。多因素老化下，光照强度对于2种地膜的力学性能的影响较大，在60℃-65%-310 W/m2和60℃-65%-648 W/ m2的对比环境中，2种地膜在24天后拉伸强度分别下降23.0%和22.4%；2种地膜在老化时主要表现为地膜的非结晶区先分解，分子链结构遭到破坏，分子断裂后内部空隙的存在使结合质量下降，表面出现多处孔洞和裂纹。
为研制全生物降解地膜以减少传统塑料地膜的污染，以淀粉(TPS)和PBAT为原料，制备了2种原料配比的生物降解地膜TPS/PBAT-A和TPS/PBAT-B，研究其在热老化(60、80、100℃)和多因素老化(温度、湿度、光照强度分别为40℃-65%-310 W/m2、60℃-65%-310 W/m2和60℃-65%-648 W/m2)的综合性能。未老化前，2种地膜TPS/PBAT-A和TPS/PBAT-B的拉伸强度分别为16.3 MPa 和20.8 MPa，断裂伸长率分别为1222.7%和564.5%。高温热老化后2种地膜力学性能下降，经100℃热老化后，2种地膜TPS/PBAT-A和TPS/PBAT-B的拉伸强度分别降至11.2 MPa和18.2 MPa；TPS/PBAT-B地膜在热老化后表面缺陷相对较少，其性能保留较好。多因素老化下，光照强度对于2种地膜的力学性能的影响较大，在60℃-65%-310 W/m2和60℃-65%-648 W/ m2的对比环境中，2种地膜在24天后拉伸强度分别下降23.0%和22.4%；2种地膜在老化时主要表现为地膜的非结晶区先分解，分子链结构遭到破坏，分子断裂后内部空隙的存在使结合质量下降，表面出现多处孔洞和裂纹。
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四环素类抗生素因具有高效、低毒、广谱抑菌性等优点而被广泛使用，但随着抗生素的滥用致使大量的耐药菌出现，使四环素类抗生素的药用价值逐渐降低。超小粒径的纳米Ag虽可使细菌甚至耐药菌失活，但单独使用毒性较强，且易团聚。为此，本研究利用Ag的d轨道为满电子结构，可与供电子基团配位的原理，设计了核壳型介孔Fe3O4@SiO2@mTiO2@Ag-四环素(FSmTA-T)复合材料用以解决抗生素耐药和纳米Ag团聚、强毒性问题。研究结果显示，制备的复合材料中纳米Ag量子点的粒径约为2.84 nm，可与四环素环3中的羰基键合，同时，相比四环素，复合材料对大肠杆菌，金黄色葡萄球菌，耐四环素沙门氏菌和白色念珠菌均具有较高的抑菌活性，并可有效破坏细菌细胞壁而使其死亡，且对哺乳细胞的毒性降低为原来的1/3。因此，其优越的抑菌活性可应用于污水处理领域。
四环素类抗生素因具有高效、低毒、广谱抑菌性等优点而被广泛使用，但随着抗生素的滥用致使大量的耐药菌出现，使四环素类抗生素的药用价值逐渐降低。超小粒径的纳米Ag虽可使细菌甚至耐药菌失活，但单独使用毒性较强，且易团聚。为此，本研究利用Ag的d轨道为满电子结构，可与供电子基团配位的原理，设计了核壳型介孔Fe3O4@SiO2@mTiO2@Ag-四环素(FSmTA-T)复合材料用以解决抗生素耐药和纳米Ag团聚、强毒性问题。研究结果显示，制备的复合材料中纳米Ag量子点的粒径约为2.84 nm，可与四环素环3中的羰基键合，同时，相比四环素，复合材料对大肠杆菌，金黄色葡萄球菌，耐四环素沙门氏菌和白色念珠菌均具有较高的抑菌活性，并可有效破坏细菌细胞壁而使其死亡，且对哺乳细胞的毒性降低为原来的1/3。因此，其优越的抑菌活性可应用于污水处理领域。
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为了考察石墨烯量子点(GQDs)作为外掺料改善蛇纹石混凝土性能的可行性，研究了25、150、300、450和600 ℃时GQDs掺量对蛇纹石混凝土强度、结晶水损失率和微结构的影响。结果表明：室温(25 ℃)下，蛇纹石混凝土强度随GQDs掺量的增加而提升，当掺量为0.12wt%时，改善效果最佳，其7、28 d抗压强度和28 d劈裂抗拉强度分别较基准组提高了26.4%、20.9%和27.7%；加热期间，与未掺GQDs的蛇纹石混凝土相比，掺入0.12wt%的GQDs使蛇纹石混凝土结晶水损失率降低了1.8%~20.0%，抗压强度和劈裂抗拉强度分别增加了18.0%~34.0%和29.4%~39.8%；微观试验表明高温环境促使蛇纹石混凝土水化，而GQDs拥有较好的导热性和纳米填充性，在二者共同作用下显著提高了蛇纹石混凝土的微观致密度，且300 ℃时致密度最高。
为了考察石墨烯量子点(GQDs)作为外掺料改善蛇纹石混凝土性能的可行性，研究了25、150、300、450和600 ℃时GQDs掺量对蛇纹石混凝土强度、结晶水损失率和微结构的影响。结果表明：室温(25 ℃)下，蛇纹石混凝土强度随GQDs掺量的增加而提升，当掺量为0.12wt%时，改善效果最佳，其7、28 d抗压强度和28 d劈裂抗拉强度分别较基准组提高了26.4%、20.9%和27.7%；加热期间，与未掺GQDs的蛇纹石混凝土相比，掺入0.12wt%的GQDs使蛇纹石混凝土结晶水损失率降低了1.8%~20.0%，抗压强度和劈裂抗拉强度分别增加了18.0%~34.0%和29.4%~39.8%；微观试验表明高温环境促使蛇纹石混凝土水化，而GQDs拥有较好的导热性和纳米填充性，在二者共同作用下显著提高了蛇纹石混凝土的微观致密度，且300 ℃时致密度最高。
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全钒液流电池要求质子交换膜具备优良的离子选择性和理化稳定性。本研究分别采用微波法和传统水热法制备UIO-66-NH2，利用浇筑法制备了UIO-66-NH2/Nafion复合质子交换膜，对膜的理化性质和电池性能进行系统研究。结果表明，UIO-66-NH2在复合膜内形成的氢键网络、酸碱对和自身孔道协同强化了膜的离子选择性。基于微波法(M/N)和传统水热法(T/N)的复合膜综合性能均优于纯树脂膜(P-N)。在掺杂量为3 wt%时，M/N-3膜拉伸强度达到27 MPa，质子传导率和钒离子透过率分别为122.18 mS·cm−1和0.83 × 10−7 cm2·min−1，离子选择性为15.6 × 105 S·min·cm−3，约为P-N膜的30倍，且其电池能量效率达到83.8%-71.7%(100-200 mA·cm−2)，优于T/N-3膜(82.7%-71.0%)和P-N膜(79.4%-69.0%)。同时，该电池也显示出更优的循环稳定性和容量保持率。因此，微波法合成的UIO-66-NH2可有效改善质子交换膜的综合性能，在提高钒液流电池性能方面前景较好。
全钒液流电池要求质子交换膜具备优良的离子选择性和理化稳定性。本研究分别采用微波法和传统水热法制备UIO-66-NH2，利用浇筑法制备了UIO-66-NH2/Nafion复合质子交换膜，对膜的理化性质和电池性能进行系统研究。结果表明，UIO-66-NH2在复合膜内形成的氢键网络、酸碱对和自身孔道协同强化了膜的离子选择性。基于微波法(M/N)和传统水热法(T/N)的复合膜综合性能均优于纯树脂膜(P-N)。在掺杂量为3 wt%时，M/N-3膜拉伸强度达到27 MPa，质子传导率和钒离子透过率分别为122.18 mS·cm−1和0.83 × 10−7 cm2·min−1，离子选择性为15.6 × 105 S·min·cm−3，约为P-N膜的30倍，且其电池能量效率达到83.8%-71.7%(100-200 mA·cm−2)，优于T/N-3膜(82.7%-71.0%)和P-N膜(79.4%-69.0%)。同时，该电池也显示出更优的循环稳定性和容量保持率。因此，微波法合成的UIO-66-NH2可有效改善质子交换膜的综合性能，在提高钒液流电池性能方面前景较好。
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为了进一步改善MXene纳米材料对模拟放射性废水中U(Ⅵ)的吸附性能，利用天然资源酶水解木质素(EHL)作为生物表面活性剂对MXene进行表面功能化处理，采用SEM-EDS、XRD及FTIR对改性前后的材料进行了表征分析，并在吸附实验中探究了pH、温度、反应时间、干扰离子及不同初始U(Ⅵ)浓度等因素对除U(Ⅵ)效果的影响。结果表明，EHL阻止了MXene纳米片的聚集堆叠，并且引入了大量活性官能团，提高了EHL功能化MXene纳米片的吸附性能。在MXene与EHL的质量比为1∶5、投加量为0.1 g·L−1、pH为5、温度为303 K时，对U(VI)的最大吸附容量为231.95 mg·g−1。此外，吸附动力学和等温线分析表明，拟二阶动力学模型和Frendlich等温线模型能很好的拟合此吸附过程，热力学分析表明其吸附过程是自发吸热的。经历5次循环再生后，对U(VI)的去除率仍在80%以上。表征分析结果表明，MX/EHL与U(VI)之间相互作用机制包括离子交换、静电吸引以及与含氧官能团之间的络合作用。基于此研究，MX/EHL作为一种环境友好型吸附材料，对去除废水中的U(VI)具有巨大潜力。
为了进一步改善MXene纳米材料对模拟放射性废水中U(Ⅵ)的吸附性能，利用天然资源酶水解木质素(EHL)作为生物表面活性剂对MXene进行表面功能化处理，采用SEM-EDS、XRD及FTIR对改性前后的材料进行了表征分析，并在吸附实验中探究了pH、温度、反应时间、干扰离子及不同初始U(Ⅵ)浓度等因素对除U(Ⅵ)效果的影响。结果表明，EHL阻止了MXene纳米片的聚集堆叠，并且引入了大量活性官能团，提高了EHL功能化MXene纳米片的吸附性能。在MXene与EHL的质量比为1∶5、投加量为0.1 g·L−1、pH为5、温度为303 K时，对U(VI)的最大吸附容量为231.95 mg·g−1。此外，吸附动力学和等温线分析表明，拟二阶动力学模型和Frendlich等温线模型能很好的拟合此吸附过程，热力学分析表明其吸附过程是自发吸热的。经历5次循环再生后，对U(VI)的去除率仍在80%以上。表征分析结果表明，MX/EHL与U(VI)之间相互作用机制包括离子交换、静电吸引以及与含氧官能团之间的络合作用。基于此研究，MX/EHL作为一种环境友好型吸附材料，对去除废水中的U(VI)具有巨大潜力。
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为了高效吸附水中的恩诺沙星(EFA)，本文通过球磨法和KOH活化对椰壳进行改性制备椰壳生物炭(BM-KOH-BC)，并在吸附EFA方面进行深入研究。通过扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱和X射线衍射等方法对BM-KOH-BC进行表征，结果揭示了KOH活化和球磨改性显著提高了BM-KOH-BC的孔隙结构和比表面积。在优化条件下(初始EFA浓度为80 mg·L−1时，在pH值为7，温度为25℃，吸附剂剂量为0.14 g·mg·L−1，搅拌速度为200 r/min、接触时间为35 h的条件下，BM-KOH-BC表现出良好的吸附性能，去除率达77.4%，最大吸附容量为481.1 mg·g−1。吸附过程符合二级动力学模型和Freundlich等温线模型。此外，BM-KOH-BC在5次吸附-解吸循环后仍保持高效的EFA去除率。这一低成本、高效吸附和可循环利用的特性使得BM-KOH-BC在处理水体中的EFA方面展现出潜在的应用前景。
为了高效吸附水中的恩诺沙星(EFA)，本文通过球磨法和KOH活化对椰壳进行改性制备椰壳生物炭(BM-KOH-BC)，并在吸附EFA方面进行深入研究。通过扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱和X射线衍射等方法对BM-KOH-BC进行表征，结果揭示了KOH活化和球磨改性显著提高了BM-KOH-BC的孔隙结构和比表面积。在优化条件下(初始EFA浓度为80 mg·L−1时，在pH值为7，温度为25℃，吸附剂剂量为0.14 g·mg·L−1，搅拌速度为200 r/min、接触时间为35 h的条件下，BM-KOH-BC表现出良好的吸附性能，去除率达77.4%，最大吸附容量为481.1 mg·g−1。吸附过程符合二级动力学模型和Freundlich等温线模型。此外，BM-KOH-BC在5次吸附-解吸循环后仍保持高效的EFA去除率。这一低成本、高效吸附和可循环利用的特性使得BM-KOH-BC在处理水体中的EFA方面展现出潜在的应用前景。
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动态键交联的液晶弹性体 (LCEs) 在外界刺激(如光、电、热等)下，能通过改变自身体积或形状执行宏观运动，具有优异的分子协同、自适应等性能，在软体机器人、人工肌肉和微流控等领域具有重要的应用前景。LCEs产生可逆形变的先决条件是实现内部液晶取向的有效控制。动态键的断裂和重组，不仅可以解耦交联网络的构筑和取向调控，还能够改善材料的再加工性能，赋予材料重塑变形、自修复和形状记忆等新的功能。因而交联网络结构(交联剂类型、结构、不同交联网络的协同)的合理设计与构筑对于构建性能优异且多功能集成的液晶弹性体极为重要。本文综述了液晶取向控制和具有单/双动态交联(包括动态非共价键和共价键)网络的液晶弹性体制备与应用的研究进展，并对该领域的发展前景进行了展望。
动态键交联的液晶弹性体 (LCEs) 在外界刺激(如光、电、热等)下，能通过改变自身体积或形状执行宏观运动，具有优异的分子协同、自适应等性能，在软体机器人、人工肌肉和微流控等领域具有重要的应用前景。LCEs产生可逆形变的先决条件是实现内部液晶取向的有效控制。动态键的断裂和重组，不仅可以解耦交联网络的构筑和取向调控，还能够改善材料的再加工性能，赋予材料重塑变形、自修复和形状记忆等新的功能。因而交联网络结构(交联剂类型、结构、不同交联网络的协同)的合理设计与构筑对于构建性能优异且多功能集成的液晶弹性体极为重要。本文综述了液晶取向控制和具有单/双动态交联(包括动态非共价键和共价键)网络的液晶弹性体制备与应用的研究进展，并对该领域的发展前景进行了展望。
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利用纤维素和无机物模仿天然贝壳中高度有序的“砖-砂浆”结构制备高强度功能复合材料，是制备绿色包装膜的优秀选择，二者的界面结合是获得理想结构与性能的关键。本文以羧基化纤维素纳米纤维(CNFMG)和蒙脱土(MTM)纳米片制备膜材料，采用壳聚糖(CS)通过静电作用增强界面结合。研究了CS与CNFMG和MTM之间的静电相互作用对纳米复合材料结构、力学性能和热稳定性的影响。结果表明，复合膜中MTM以纳米片状形态有序地分散于CNFMG网络间。与CNFMG-MTM二元膜相比，CS加入后的三元膜拉伸强度达到119.2 MPa，强度提升一倍；断裂能达到10.9 MJ/m3，韧性提升四倍。复合膜为半透明状，具有良好的紫外屏蔽性，CS的加入也提升了复合膜的热稳定性。本文的研究结果可为纤维素基珍珠层仿生材料的研究和应用提供思路。
利用纤维素和无机物模仿天然贝壳中高度有序的“砖-砂浆”结构制备高强度功能复合材料，是制备绿色包装膜的优秀选择，二者的界面结合是获得理想结构与性能的关键。本文以羧基化纤维素纳米纤维(CNFMG)和蒙脱土(MTM)纳米片制备膜材料，采用壳聚糖(CS)通过静电作用增强界面结合。研究了CS与CNFMG和MTM之间的静电相互作用对纳米复合材料结构、力学性能和热稳定性的影响。结果表明，复合膜中MTM以纳米片状形态有序地分散于CNFMG网络间。与CNFMG-MTM二元膜相比，CS加入后的三元膜拉伸强度达到119.2 MPa，强度提升一倍；断裂能达到10.9 MJ/m3，韧性提升四倍。复合膜为半透明状，具有良好的紫外屏蔽性，CS的加入也提升了复合膜的热稳定性。本文的研究结果可为纤维素基珍珠层仿生材料的研究和应用提供思路。
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随着全球能源的消耗加剧，热电器件的开发应用成为解决能源消耗问题的有效途径之一，其中，碲化铋(Bi2Te3)基柔性热电器件因在可穿戴领域逐步实现应用，得到了学界和业界的广泛关注。然而,受其材料成本较高、刚性结构等多方面因素的限制，Bi2Te3基柔性热电器件难以在保持高效热电性能的同时，实现柔性可穿戴化应用。本文系统地阐述了当前Bi2Te3基柔性热电器件在材料复合与柔性结构设计上的研究进展,特别是在柔性结构设计上，涵盖了块状、膜类以及纱线型三种结构。最后，总结分析了Bi2Te3柔性热电器件未来可能面临的挑战与发展趋势，以期促进热电器件在可穿戴领域实现广泛应用。
随着全球能源的消耗加剧，热电器件的开发应用成为解决能源消耗问题的有效途径之一，其中，碲化铋(Bi2Te3)基柔性热电器件因在可穿戴领域逐步实现应用，得到了学界和业界的广泛关注。然而,受其材料成本较高、刚性结构等多方面因素的限制，Bi2Te3基柔性热电器件难以在保持高效热电性能的同时，实现柔性可穿戴化应用。本文系统地阐述了当前Bi2Te3基柔性热电器件在材料复合与柔性结构设计上的研究进展,特别是在柔性结构设计上，涵盖了块状、膜类以及纱线型三种结构。最后，总结分析了Bi2Te3柔性热电器件未来可能面临的挑战与发展趋势，以期促进热电器件在可穿戴领域实现广泛应用。
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环氧树脂为交通电气化进程提供了优异的绝缘、支撑和保护功能，但传统环氧树脂难以回收，这不符合绿色交通的可持续发展目标。现有可回收环氧树脂综合性能较差，限制了其在交通电气化进程中的应用，亟需开发高性能可回收的环氧树脂。本文提出了光敏油基树脂和环氧树脂的光-热双固化方法，利用酯交换机制，在无催化剂的高温高压环境下实现了双固化环氧树脂的回收，同时回收树脂仍保持出色的理化和电气性能。结果表明：回收前双固化环氧树脂的综合性能良好；回收树脂的粒径越小、热压压强越大，回收后树脂的理化和电气性能越好，在220℃、10 MPa的环境下热压3 h后回收树脂的综合性能最佳，弯曲和拉伸强度恢复率分别为92.0%和93.7%，工频下介电常数和介质损耗与回收前相差不大，击穿强度恢复率达到98.4%。该树脂在推进交通电气化的过程中具有一定潜力和应用前景。
环氧树脂为交通电气化进程提供了优异的绝缘、支撑和保护功能，但传统环氧树脂难以回收，这不符合绿色交通的可持续发展目标。现有可回收环氧树脂综合性能较差，限制了其在交通电气化进程中的应用，亟需开发高性能可回收的环氧树脂。本文提出了光敏油基树脂和环氧树脂的光-热双固化方法，利用酯交换机制，在无催化剂的高温高压环境下实现了双固化环氧树脂的回收，同时回收树脂仍保持出色的理化和电气性能。结果表明：回收前双固化环氧树脂的综合性能良好；回收树脂的粒径越小、热压压强越大，回收后树脂的理化和电气性能越好，在220℃、10 MPa的环境下热压3 h后回收树脂的综合性能最佳，弯曲和拉伸强度恢复率分别为92.0%和93.7%，工频下介电常数和介质损耗与回收前相差不大，击穿强度恢复率达到98.4%。该树脂在推进交通电气化的过程中具有一定潜力和应用前景。
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近年来，新型抗菌材料的开发受到了各领域的极大关注，抗菌技术的应用与人类的健康生活息息相关，有巨大的发展前景。纳米银系抗菌剂是目前应用最广泛的抗菌剂之一，本篇论文对纳米银(AgNPs)的抗菌机制进行了讨论，综述了AgNPs无机抗菌剂与天然抗菌剂、有机抗菌剂和其它无机抗菌剂等复合的新型抗菌剂的研究进展，同时，从无机载体、有机载体和新型载体这三个方面对纳米银系抗菌剂的载体进行了总结，为AgNPs抗菌剂的进一步研究与应用提供参考。
近年来，新型抗菌材料的开发受到了各领域的极大关注，抗菌技术的应用与人类的健康生活息息相关，有巨大的发展前景。纳米银系抗菌剂是目前应用最广泛的抗菌剂之一，本篇论文对纳米银(AgNPs)的抗菌机制进行了讨论，综述了AgNPs无机抗菌剂与天然抗菌剂、有机抗菌剂和其它无机抗菌剂等复合的新型抗菌剂的研究进展，同时，从无机载体、有机载体和新型载体这三个方面对纳米银系抗菌剂的载体进行了总结，为AgNPs抗菌剂的进一步研究与应用提供参考。
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智能食品包装能够在实时质量监测方面弥补传统包装的不足，开发一种低成本、对人类健康无害和绿色环保的食品新鲜度智能指示标签，对食品安全有重要意义。本研究基于再生纤维素(RC)膜，利用从紫甘蓝中提取的花青素和纳米SiO2，制备了一种可生物降解的智能比色传感膜(RCG-PCE-Si)。该膜具有良好的力学性能(承受最大应力为67.1 MPa，最大拉伸应变为45.50 %)和超疏水性(水接触角为152.8°)，且对紫外线有一定的阻隔能力，可用于生鲜类食品新鲜度的实时监测。通过测定总挥发性盐基氮(TVBN)和pH值，验证了该膜应用于虾新鲜度监测的有效性，其颜色明显的由品红色变为水红色，再变为紫灰色，最后变为灰绿色，有效地指示了虾腐败。本研究所开发的比色传感膜将有望作为具有良好力学性能和超疏水性的智能比色标签，并且应用于可对食品进行实时新鲜度监测的智能包装中。
智能食品包装能够在实时质量监测方面弥补传统包装的不足，开发一种低成本、对人类健康无害和绿色环保的食品新鲜度智能指示标签，对食品安全有重要意义。本研究基于再生纤维素(RC)膜，利用从紫甘蓝中提取的花青素和纳米SiO2，制备了一种可生物降解的智能比色传感膜(RCG-PCE-Si)。该膜具有良好的力学性能(承受最大应力为67.1 MPa，最大拉伸应变为45.50 %)和超疏水性(水接触角为152.8°)，且对紫外线有一定的阻隔能力，可用于生鲜类食品新鲜度的实时监测。通过测定总挥发性盐基氮(TVBN)和pH值，验证了该膜应用于虾新鲜度监测的有效性，其颜色明显的由品红色变为水红色，再变为紫灰色，最后变为灰绿色，有效地指示了虾腐败。本研究所开发的比色传感膜将有望作为具有良好力学性能和超疏水性的智能比色标签，并且应用于可对食品进行实时新鲜度监测的智能包装中。
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光滑有限元基于光滑应变技术，在进行数值积分时避免使用等参变换，在模拟软材料大变形问题具有一定的优势。建立了基于光滑应变技术的硬磁软材料大变形模拟的数值格式，给出了数值格式中所需要的应力张量和本构张量。采用该数值格式研究了不同长高比下的硬磁软材料梁在外部磁场激励下的弯曲特性, 得到的磁载荷-位移曲线和试验结果进行了对比；模拟了含有不同残余磁场方向分布的硬磁软材料结构在外磁场作用下的形态演化过程，计算的最终变形形态与试验结果进行比较。计算结果表明：采用该数值格式得到的结果与试验结果吻合较好；在不受约束的前提下，硬磁软材料内部残余磁场方向突变处变形较大。研究结果可为由硬磁软材料组成的软体机器人和智能柔性结构的力学分析与变形调控设计提供参考。
光滑有限元基于光滑应变技术，在进行数值积分时避免使用等参变换，在模拟软材料大变形问题具有一定的优势。建立了基于光滑应变技术的硬磁软材料大变形模拟的数值格式，给出了数值格式中所需要的应力张量和本构张量。采用该数值格式研究了不同长高比下的硬磁软材料梁在外部磁场激励下的弯曲特性, 得到的磁载荷-位移曲线和试验结果进行了对比；模拟了含有不同残余磁场方向分布的硬磁软材料结构在外磁场作用下的形态演化过程，计算的最终变形形态与试验结果进行比较。计算结果表明：采用该数值格式得到的结果与试验结果吻合较好；在不受约束的前提下，硬磁软材料内部残余磁场方向突变处变形较大。研究结果可为由硬磁软材料组成的软体机器人和智能柔性结构的力学分析与变形调控设计提供参考。
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基于高聚物加固砂土展开抗剪和抗压试验，分析了高聚物掺量、养护时间和干密度对加固砂土强度和变形特征的影响，并阐明其相关性，最后结合SEM图像揭示了高聚物加固砂土的破坏机理。结果表明：(1)三个研究变量对加固砂土抗压和抗剪强度有显著促进作用，其中高聚物含量和养护时间对抗剪强度的影响主要体现在黏聚力上，并且强度与养护时间强正相关，与高聚物含量和干密度中等正相关，可用对数函数(或线性函数)表示其关系；(2)三个研究变量增加时，试样剪切特征由剪切硬化型转变为剪切软化型、破坏位移逐渐减小(干密度减小时)，轴向应力-应变曲线表现明显的峰后缓和现象并产生明显的变化，破坏模式以鼓胀并伴有裂缝为主，形态由E型逐渐变为G型(干密度减小时)；(3)加固砂土变形特征与养护时间强正相关，与干密度中等负相关，而与高聚物含量相关性不显著，峰值应变与三个研究变量呈多项式(或线性)关系；(4)对于高聚物加固砂土，最佳掺量为约2%，养护24h及以上时效果显著；(5)高聚物通过吸附、黏结和填充作用在砂粒间形成有效稳定的三维网状膜结构，从而改良砂土微观结构，高聚物在荷载下的变化类型占比决定了加固砂土的变形能力和破坏模式，而这与高聚物掺量、养护时间和干密度密切相关。
基于高聚物加固砂土展开抗剪和抗压试验，分析了高聚物掺量、养护时间和干密度对加固砂土强度和变形特征的影响，并阐明其相关性，最后结合SEM图像揭示了高聚物加固砂土的破坏机理。结果表明：(1)三个研究变量对加固砂土抗压和抗剪强度有显著促进作用，其中高聚物含量和养护时间对抗剪强度的影响主要体现在黏聚力上，并且强度与养护时间强正相关，与高聚物含量和干密度中等正相关，可用对数函数(或线性函数)表示其关系；(2)三个研究变量增加时，试样剪切特征由剪切硬化型转变为剪切软化型、破坏位移逐渐减小(干密度减小时)，轴向应力-应变曲线表现明显的峰后缓和现象并产生明显的变化，破坏模式以鼓胀并伴有裂缝为主，形态由E型逐渐变为G型(干密度减小时)；(3)加固砂土变形特征与养护时间强正相关，与干密度中等负相关，而与高聚物含量相关性不显著，峰值应变与三个研究变量呈多项式(或线性)关系；(4)对于高聚物加固砂土，最佳掺量为约2%，养护24h及以上时效果显著；(5)高聚物通过吸附、黏结和填充作用在砂粒间形成有效稳定的三维网状膜结构，从而改良砂土微观结构，高聚物在荷载下的变化类型占比决定了加固砂土的变形能力和破坏模式，而这与高聚物掺量、养护时间和干密度密切相关。
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为增强碳纤维/混凝土基体界面性能，探究氧化石墨烯接枝碳纤维增强体(CF-GO)对混凝土力学性能的影响规律，以氨基硅烷为桥接物，将碳纤维和氧化石墨烯通过化学键紧密结合，制备了CF-GO。利用扫描电子显微镜和红外光谱仪对CF-GO的微观形貌和官能团进行表征，确定了氧化石墨烯成功接枝到碳纤维表面，并测试了CF-GO的界面剪切强度。制备了CF-GO改性混凝土(CF-GO/C)，测试了其力学性能，并与碳纤维改性混凝土进行了对比。此外，分析了CF-GO对混凝土力学性能的改性机理。结果表明：CF-GO的界面剪切强度较碳纤维增大了25.37%。随着CF-GO掺量的增大，CF-GO/C的抗折和抗压强度均先增大后减小。CF-GO的最佳掺量为0.3%，碳纤维的最佳掺量为0.2%。在最佳掺量下，CF-GO/C的抗折和抗压强度分别增大了33.21%、24.63%。CF-GO表面的氧化石墨烯通过提高CF-GO与混凝土基体的机械咬合力和促进水化产物在CF-GO表面的生成，从物理和化学两方面增强CF-GO/混凝土基体界面。
为增强碳纤维/混凝土基体界面性能，探究氧化石墨烯接枝碳纤维增强体(CF-GO)对混凝土力学性能的影响规律，以氨基硅烷为桥接物，将碳纤维和氧化石墨烯通过化学键紧密结合，制备了CF-GO。利用扫描电子显微镜和红外光谱仪对CF-GO的微观形貌和官能团进行表征，确定了氧化石墨烯成功接枝到碳纤维表面，并测试了CF-GO的界面剪切强度。制备了CF-GO改性混凝土(CF-GO/C)，测试了其力学性能，并与碳纤维改性混凝土进行了对比。此外，分析了CF-GO对混凝土力学性能的改性机理。结果表明：CF-GO的界面剪切强度较碳纤维增大了25.37%。随着CF-GO掺量的增大，CF-GO/C的抗折和抗压强度均先增大后减小。CF-GO的最佳掺量为0.3%，碳纤维的最佳掺量为0.2%。在最佳掺量下，CF-GO/C的抗折和抗压强度分别增大了33.21%、24.63%。CF-GO表面的氧化石墨烯通过提高CF-GO与混凝土基体的机械咬合力和促进水化产物在CF-GO表面的生成，从物理和化学两方面增强CF-GO/混凝土基体界面。
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提升连续玻璃纤维(cGF)增强尼龙6复合材料(cGF/PA6)力学性能的重要途径之一是改善玻纤与尼龙之间的界面结合。本研究将星形支化聚酰胺6(SPA6)应用于cGF/PA6复合材料体系，采用熔融挤出结合热压成型法制备了不同含量SPA6的连续玻璃纤维增强尼龙复合材料(cGF/PA6-SPA6)。通过接触角实验测得SPA6与cGF 具有更相近的极性。DSC检测结果表明PA6与SPA6共混后基体熔融温度相差不大、结晶温度和结晶度有所提高。三点弯曲法测得PA6-SPA6基体的弯曲强度相对于PA6和 SPA6有所降低，但cGF/5wt.%SPA6和cGF/10wt.%SPA6复合材料的弯曲强度相对于cGF/PA6分别提高了4.9%和6.4%。短梁剪切试验测得cGF/5wt.%SPA6和cGF/10wt.%SPA6复合材料的层间剪切强度相对于cGF/PA6分别提高了16.7%和15.6%。悬臂梁摆锤冲击实验测得cGF/PA6和cGF/SPA6复合材料的冲击强度分别是PA6和 SPA6的12倍和26.3倍。结合冲击断口形貌观察，可以推断在cGF/PA6复合材料中加入5wt.%或10wt.%的SPA6可以提高复合材料的弯曲和剪切强度，而对其冲击强度影响不大，且成本较低，具有一定的应用价值。
提升连续玻璃纤维(cGF)增强尼龙6复合材料(cGF/PA6)力学性能的重要途径之一是改善玻纤与尼龙之间的界面结合。本研究将星形支化聚酰胺6(SPA6)应用于cGF/PA6复合材料体系，采用熔融挤出结合热压成型法制备了不同含量SPA6的连续玻璃纤维增强尼龙复合材料(cGF/PA6-SPA6)。通过接触角实验测得SPA6与cGF 具有更相近的极性。DSC检测结果表明PA6与SPA6共混后基体熔融温度相差不大、结晶温度和结晶度有所提高。三点弯曲法测得PA6-SPA6基体的弯曲强度相对于PA6和 SPA6有所降低，但cGF/5wt.%SPA6和cGF/10wt.%SPA6复合材料的弯曲强度相对于cGF/PA6分别提高了4.9%和6.4%。短梁剪切试验测得cGF/5wt.%SPA6和cGF/10wt.%SPA6复合材料的层间剪切强度相对于cGF/PA6分别提高了16.7%和15.6%。悬臂梁摆锤冲击实验测得cGF/PA6和cGF/SPA6复合材料的冲击强度分别是PA6和 SPA6的12倍和26.3倍。结合冲击断口形貌观察，可以推断在cGF/PA6复合材料中加入5wt.%或10wt.%的SPA6可以提高复合材料的弯曲和剪切强度，而对其冲击强度影响不大，且成本较低，具有一定的应用价值。
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目前连续纤维增强聚合物基体复合材料在航空航天等领域具有广泛应用，其在使用过程中会处于复杂的多轴应力状态，且载荷形式大多为疲劳载荷，因而有必要对复合材料多轴疲劳问题进行研究。目前对于复合材料多轴疲劳的研究主要分为三方面：不同试样的多轴疲劳行为研究；多轴疲劳行为影响因素；多轴疲劳寿命预测方法。其中复合材料多轴疲劳试验研究可按试样形式分为管状试样、十字型试样以及板状试样多轴疲劳试验，以十字型和管状试样试验最为常见。讨论了多轴疲劳载荷下堆叠顺序、多轴度、载荷加载方式等因素对复合材料多轴疲劳强度的影响。对于复合材料双轴疲劳寿命预测方法，主要分为唯象模型与非经典模型，这与单轴疲劳寿命预测方法存在类似之处，但并未考虑双轴疲劳载荷下的损伤演化以及控制最终失效的损伤机制。本文概述了纤维增强复合材料的多轴疲劳研究进展，对多轴疲劳的三个方面进行了详细介绍，通过对现有研究结果的总结与分析，提出了复合材料多轴疲劳后续研究的展望。
目前连续纤维增强聚合物基体复合材料在航空航天等领域具有广泛应用，其在使用过程中会处于复杂的多轴应力状态，且载荷形式大多为疲劳载荷，因而有必要对复合材料多轴疲劳问题进行研究。目前对于复合材料多轴疲劳的研究主要分为三方面：不同试样的多轴疲劳行为研究；多轴疲劳行为影响因素；多轴疲劳寿命预测方法。其中复合材料多轴疲劳试验研究可按试样形式分为管状试样、十字型试样以及板状试样多轴疲劳试验，以十字型和管状试样试验最为常见。讨论了多轴疲劳载荷下堆叠顺序、多轴度、载荷加载方式等因素对复合材料多轴疲劳强度的影响。对于复合材料双轴疲劳寿命预测方法，主要分为唯象模型与非经典模型，这与单轴疲劳寿命预测方法存在类似之处，但并未考虑双轴疲劳载荷下的损伤演化以及控制最终失效的损伤机制。本文概述了纤维增强复合材料的多轴疲劳研究进展，对多轴疲劳的三个方面进行了详细介绍，通过对现有研究结果的总结与分析，提出了复合材料多轴疲劳后续研究的展望。
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基于纳米银颗粒(AgNPs)的抗菌导电水凝胶在可穿戴设备、电子皮肤、生物传感器等领域有重要应用，其绿色制造是目前的研究热点之一。纳米纤维素(CNF)因其独特的物理化学性质，在智能水凝胶的制备与应用中得到越来越多的关注。将 AgNPs 与 CNF 复合并应用到水凝胶中，有望制备具有良好机械性能的抗菌水凝胶，对水凝胶在智能可穿戴领域中的应用具有重要的指导意义。本研究首先以羧基改性的纳米纤维素(TOCNF)为复合基材，硝酸银(AgNO3)为银源，通过水热法原位复合制备纳米银/纳米纤维素复合材料(Ag-CNF)。随后，将 Ag-CNF 和 单宁酸(TA) 作为功能性添加剂引入聚丙烯酰胺(PAM)水凝胶中，制备了具有良好拉伸性能、粘附性、抗菌性和紫外屏蔽性的 Ag-CNF/PAM 水凝胶(AP 水凝胶)，并将 AP 水凝胶封装制备成应变响应传感设备，研究其电学和传感性能。AP 水凝胶在 100% 的应变循环下能够保持稳定重复的电信号输出，也能够用于手腕动作和头部动作的动作检测，在应变响应传感领域具有良好的应用前景。
基于纳米银颗粒(AgNPs)的抗菌导电水凝胶在可穿戴设备、电子皮肤、生物传感器等领域有重要应用，其绿色制造是目前的研究热点之一。纳米纤维素(CNF)因其独特的物理化学性质，在智能水凝胶的制备与应用中得到越来越多的关注。将 AgNPs 与 CNF 复合并应用到水凝胶中，有望制备具有良好机械性能的抗菌水凝胶，对水凝胶在智能可穿戴领域中的应用具有重要的指导意义。本研究首先以羧基改性的纳米纤维素(TOCNF)为复合基材，硝酸银(AgNO3)为银源，通过水热法原位复合制备纳米银/纳米纤维素复合材料(Ag-CNF)。随后，将 Ag-CNF 和 单宁酸(TA) 作为功能性添加剂引入聚丙烯酰胺(PAM)水凝胶中，制备了具有良好拉伸性能、粘附性、抗菌性和紫外屏蔽性的 Ag-CNF/PAM 水凝胶(AP 水凝胶)，并将 AP 水凝胶封装制备成应变响应传感设备，研究其电学和传感性能。AP 水凝胶在 100% 的应变循环下能够保持稳定重复的电信号输出，也能够用于手腕动作和头部动作的动作检测，在应变响应传感领域具有良好的应用前景。
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聚醚砜(PES)树脂具有优良的耐热性能、机械性能以及高温稳定性能，可以用来制备高性能热塑性树脂基碳纤维复合材料。但由于PES树脂与商品级碳纤维界面黏结性较差，导致PES树脂基碳纤维复合材料表现出较差的界面性能。在前期研究中发现，热固性氰酸酯(CE)树脂具有熔融流动性好、与PES树脂熔融温度相近的固化温度，以及与PES树脂有一定相容性的优势。本文采用CE树脂作为PES树脂基碳纤维复合材料的界面过渡层，利用过渡层树脂与碳纤维表面上浆剂的优异结合能力及其与PES树脂形成的良好机械啮合作用，研究热固性树脂过渡层对热塑性树脂基复合材料界面性能的影响。结果表明：引入CE树脂过渡层能够改善PES基碳纤维复合材料的界面黏结性能。与碳纤维(CF)/PES复合材料相比，引入10wt%CE树脂过渡层的CF/(10%CE-PES)-L复合材料弯曲强度提高了18.7%，层间剪切强度提高24.2%，CF/(5%CE-PES)-L复合材料玻璃化温度Tg从166℃提高到179℃。通过在热塑性树脂基体与商品碳纤维之间添加过渡层的方法制备热塑性树脂基碳纤维复合材料，解决了热塑性树脂基碳纤维复合材料界面性能较差的问题，为其在工程化应用方面提供了重要的研究思路和理论依据。
聚醚砜(PES)树脂具有优良的耐热性能、机械性能以及高温稳定性能，可以用来制备高性能热塑性树脂基碳纤维复合材料。但由于PES树脂与商品级碳纤维界面黏结性较差，导致PES树脂基碳纤维复合材料表现出较差的界面性能。在前期研究中发现，热固性氰酸酯(CE)树脂具有熔融流动性好、与PES树脂熔融温度相近的固化温度，以及与PES树脂有一定相容性的优势。本文采用CE树脂作为PES树脂基碳纤维复合材料的界面过渡层，利用过渡层树脂与碳纤维表面上浆剂的优异结合能力及其与PES树脂形成的良好机械啮合作用，研究热固性树脂过渡层对热塑性树脂基复合材料界面性能的影响。结果表明：引入CE树脂过渡层能够改善PES基碳纤维复合材料的界面黏结性能。与碳纤维(CF)/PES复合材料相比，引入10wt%CE树脂过渡层的CF/(10%CE-PES)-L复合材料弯曲强度提高了18.7%，层间剪切强度提高24.2%，CF/(5%CE-PES)-L复合材料玻璃化温度Tg从166℃提高到179℃。通过在热塑性树脂基体与商品碳纤维之间添加过渡层的方法制备热塑性树脂基碳纤维复合材料，解决了热塑性树脂基碳纤维复合材料界面性能较差的问题，为其在工程化应用方面提供了重要的研究思路和理论依据。
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为改善羟基磷灰石(HAP)合成过程易团聚导致其除氟效率不高的不足，本文应用清洁简便、绿色环保的电化学合成法，将亲水性强、分散性优异的非离子型表面活性剂聚乙二醇(PEG)加入到制备HAP的混合支持电解液中，在铜片作工作电极的表面制备出新型HAP复合材料(PEG/(HAP)，并与纯HAP的晶体结构、孔径、比表面积、表面形貌、元素占比和官能团对比，以揭示PEG/HAP 除氟效率高于HAP的内在机制。结果发现，PEG/HAP与HAP有相同的晶面结构特征蜂、元素和化学键，但PEG/HAP的各元素含量占比、羟基和磷酸根离子官能团的吸收峰位和吸收强度与HAP 有一定差异；PEG使HAP从短棒状的表面形貌变成有利于交换和吸附氟离子的多孔和孔隙结构，其平均孔径由16.58 nm 减小到 11.93 nm，比表面积从24.29 m²/g 增加到29.83 m²/g；虽然PEG/ HAP与HAP的吸附类型均为IV型的H3滞后环，二者介孔分布范围一致，但PEG/ HAP的微孔和介孔数量明显高于HAP。尽管两种材料对氟离子的吸附反应均显示熵增、吸热和自发过程特征，吸附等温模型均符合Langmuir-Freundlich，但PEG/HAP的颗粒内扩散速率常数略大于HAP，PEG/HAP的吸附氟离子容量(9.56 mg/g)高于HAP( 8.36 mg/g)；且去除氟离子的循环再生次数从HAP的4次增加到PEG/HAP的6次。此外，PEG的存在并没有影响制备条件参数如支持电解液pH值对HAP吸附氟离子容量的影响趋势，但却使HAP吸附氟离子容量增加。共存阴离子如Cl−、NO3 −、SO4 2−、CO3 2−均不干扰PEG/HAP和HAP对氟离子的吸附。
为改善羟基磷灰石(HAP)合成过程易团聚导致其除氟效率不高的不足，本文应用清洁简便、绿色环保的电化学合成法，将亲水性强、分散性优异的非离子型表面活性剂聚乙二醇(PEG)加入到制备HAP的混合支持电解液中，在铜片作工作电极的表面制备出新型HAP复合材料(PEG/(HAP)，并与纯HAP的晶体结构、孔径、比表面积、表面形貌、元素占比和官能团对比，以揭示PEG/HAP 除氟效率高于HAP的内在机制。结果发现，PEG/HAP与HAP有相同的晶面结构特征蜂、元素和化学键，但PEG/HAP的各元素含量占比、羟基和磷酸根离子官能团的吸收峰位和吸收强度与HAP 有一定差异；PEG使HAP从短棒状的表面形貌变成有利于交换和吸附氟离子的多孔和孔隙结构，其平均孔径由16.58 nm 减小到 11.93 nm，比表面积从24.29 m²/g 增加到29.83 m²/g；虽然PEG/ HAP与HAP的吸附类型均为IV型的H3滞后环，二者介孔分布范围一致，但PEG/ HAP的微孔和介孔数量明显高于HAP。尽管两种材料对氟离子的吸附反应均显示熵增、吸热和自发过程特征，吸附等温模型均符合Langmuir-Freundlich，但PEG/HAP的颗粒内扩散速率常数略大于HAP，PEG/HAP的吸附氟离子容量(9.56 mg/g)高于HAP( 8.36 mg/g)；且去除氟离子的循环再生次数从HAP的4次增加到PEG/HAP的6次。此外，PEG的存在并没有影响制备条件参数如支持电解液pH值对HAP吸附氟离子容量的影响趋势，但却使HAP吸附氟离子容量增加。共存阴离子如Cl−、NO3 −、SO4 2−、CO3 2−均不干扰PEG/HAP和HAP对氟离子的吸附。
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随着高频通信技术的快速发展，由电磁波造成的电磁干扰问题日益严重，亟需开发针对5G频段的电磁屏蔽材料。以两次激光诱导法直接在固体材料上快速制备了银纳米颗粒/多孔石墨烯柔性复合薄膜：首次激光制备的亲水性激光诱导石墨(LIG)能够高效吸附AgNO3溶液，二次激光照射实现了银纳米粒子在多孔石墨烯上的原位生成和均匀负载。进一步研究了不同AgNO3浓度对所制得Ag/LIG材料的微观形貌、结构性质和导电特性的影响。结果表明，当AgNO3浓度为0.5 mol/L时，复合薄膜中银纳米颗粒保持小尺寸的同时分散性最好，其展现出2788 S/m的高电导率；同时，材料屏蔽效能从LIG的18-26 dB增加到复合材料的36-40 dB。在26 GHz频段处，Ag/LIG的屏蔽效能达到38 dB，经200次弯曲循环后效能保有率在90%以上。
随着高频通信技术的快速发展，由电磁波造成的电磁干扰问题日益严重，亟需开发针对5G频段的电磁屏蔽材料。以两次激光诱导法直接在固体材料上快速制备了银纳米颗粒/多孔石墨烯柔性复合薄膜：首次激光制备的亲水性激光诱导石墨(LIG)能够高效吸附AgNO3溶液，二次激光照射实现了银纳米粒子在多孔石墨烯上的原位生成和均匀负载。进一步研究了不同AgNO3浓度对所制得Ag/LIG材料的微观形貌、结构性质和导电特性的影响。结果表明，当AgNO3浓度为0.5 mol/L时，复合薄膜中银纳米颗粒保持小尺寸的同时分散性最好，其展现出2788 S/m的高电导率；同时，材料屏蔽效能从LIG的18-26 dB增加到复合材料的36-40 dB。在26 GHz频段处，Ag/LIG的屏蔽效能达到38 dB，经200次弯曲循环后效能保有率在90%以上。
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类玻璃体(vitrimer)在保持交联的状态下还具有塑性变形能力，意味着传统的热固性树脂具有了二次热加工成型的能力，有效的减少废品率，从源头减少垃圾。利用Vitrimer具有的塑性变形能力也可以进行材料自修复而延长使用寿命，从而对环境保护、减排做出贡献。本文以异辛酸亚锡为催化剂，酚醛树脂为改性剂制备了环氧 vitrimer 材料。研究结果表明，催化剂含量的增加会使体系固化更加完全，所以对材料弯曲强度有一定的改善，最高可达到 87.5 MPa。引入酚醛树脂后弯曲强度由改性前的 87.5 MPa 提高到 126.9 MPa，拉伸强度达 63.3 MPa。但酚醛树脂的加入量过高时，材料的交联密度有所降低，其力学性能在达到顶点后出现下降趋势。对酸酐固化的环氧 vitrimer 体系松弛过程研究表明：增加催化剂含量和提高温度都可以降低材料的松弛时间，但是高温后固化会抑制松弛过程，影响自焊接强度。酚醛改性后材料的应力松弛明显快于纯酸酐固化的环氧试样。10%催化剂试样在180 ℃至190 ℃松弛速率产生一个突变，190 ℃明显的加快，而酚醛的引入则可以将突变温度Ts提前到180 ℃。在无压力条件下，样品可以实现划痕的修复。在松弛的突变温度以上修复的试样剪切强度和划痕修复效果明显提高。相对未加酚醛样品，酚醛改性样品修复效果更好。催化剂对试样修复强度和修复速度有明显影响。
类玻璃体(vitrimer)在保持交联的状态下还具有塑性变形能力，意味着传统的热固性树脂具有了二次热加工成型的能力，有效的减少废品率，从源头减少垃圾。利用Vitrimer具有的塑性变形能力也可以进行材料自修复而延长使用寿命，从而对环境保护、减排做出贡献。本文以异辛酸亚锡为催化剂，酚醛树脂为改性剂制备了环氧 vitrimer 材料。研究结果表明，催化剂含量的增加会使体系固化更加完全，所以对材料弯曲强度有一定的改善，最高可达到 87.5 MPa。引入酚醛树脂后弯曲强度由改性前的 87.5 MPa 提高到 126.9 MPa，拉伸强度达 63.3 MPa。但酚醛树脂的加入量过高时，材料的交联密度有所降低，其力学性能在达到顶点后出现下降趋势。对酸酐固化的环氧 vitrimer 体系松弛过程研究表明：增加催化剂含量和提高温度都可以降低材料的松弛时间，但是高温后固化会抑制松弛过程，影响自焊接强度。酚醛改性后材料的应力松弛明显快于纯酸酐固化的环氧试样。10%催化剂试样在180 ℃至190 ℃松弛速率产生一个突变，190 ℃明显的加快，而酚醛的引入则可以将突变温度Ts提前到180 ℃。在无压力条件下，样品可以实现划痕的修复。在松弛的突变温度以上修复的试样剪切强度和划痕修复效果明显提高。相对未加酚醛样品，酚醛改性样品修复效果更好。催化剂对试样修复强度和修复速度有明显影响。
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随着5G网络的普及和电子设备的小型化，电磁辐射给周围环境和人体带来了一定的危害，为此研制综合性能优异的新型电磁干扰屏蔽材料具有十分重要的意义。Ti3C2Tx MXene是一种新型二维材料，具有独特的层状结构、可调节的活性表面、超高电导率等特点，展现出优异的电磁屏蔽性能。近年来，关于Ti3C2Tx的制备方法和填料选择的报道层出不穷，然而从结构设计层面总结Ti3C2Tx基复合材料的工作却很少。高效的结构设计不仅能够减少填料的用量而且能够提高屏蔽效能。本文以结构为主线，对近年来Ti3C2Tx基电磁屏蔽材料的发展趋势进行了总结，通过分析屏蔽效能和屏蔽机制，重点总结不同的结构如多孔结构、分层结构、核壳结构、其他特殊结构及其复合结构对Ti3C2Tx基电磁屏蔽性能的影响及作用，并提出了目前Ti3C2Tx及其复合材料在作为电磁屏蔽材料使用时急需解决的关键科学和技术问题。最后对MXenes的发展前景进行展望。
随着5G网络的普及和电子设备的小型化，电磁辐射给周围环境和人体带来了一定的危害，为此研制综合性能优异的新型电磁干扰屏蔽材料具有十分重要的意义。Ti3C2Tx MXene是一种新型二维材料，具有独特的层状结构、可调节的活性表面、超高电导率等特点，展现出优异的电磁屏蔽性能。近年来，关于Ti3C2Tx的制备方法和填料选择的报道层出不穷，然而从结构设计层面总结Ti3C2Tx基复合材料的工作却很少。高效的结构设计不仅能够减少填料的用量而且能够提高屏蔽效能。本文以结构为主线，对近年来Ti3C2Tx基电磁屏蔽材料的发展趋势进行了总结，通过分析屏蔽效能和屏蔽机制，重点总结不同的结构如多孔结构、分层结构、核壳结构、其他特殊结构及其复合结构对Ti3C2Tx基电磁屏蔽性能的影响及作用，并提出了目前Ti3C2Tx及其复合材料在作为电磁屏蔽材料使用时急需解决的关键科学和技术问题。最后对MXenes的发展前景进行展望。
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近年来，磷酸氯喹(Chloroquine Phosphate, CQP)作为治疗新冠的特效药得到广泛应用，并且由于其具有优异的抗炎症和抗疟疾能力，在疫情结束后仍发挥着重要作用。磷酸氯喹的大量使用对环境造成严重的潜在危害。将废弃的木屑资源化利用，通过共沉淀-无氧煅烧法制备出具有磁回收能力的铁酸镍负载杉木屑生物炭复合材料(Nickel ferrate loaded biochar, NiFe2O4@BC)，并研究其活化过一硫酸盐(Peroxymonosulfate, PMS)降解CQP的性能。利用多种表征对NiFe2O4@BC复合材料的组成结构、表面官能团和石墨化程度进行分析，相较于未改性的杉木屑生物炭(Fir sawdust biochar, BC)，将具有磁性NiFe2O4的负载在生物炭上，使得复合材料的石墨化程度提高，缺陷活性位点也得到增多，对CQP的去除效果得到巨大提高。主要考察了NiFe2O4@BC投加量、PMS浓度、溶液初始pH、共存无机阴离子与腐殖酸在降解CQP过程中的影响。研究表明，当NiFe2O4@BC投加量为0.5 g/L，PMS浓度为1.0 mmol/L，CQP浓度为10 mg/L的条件下，CQP去除率在120分钟达到89%。在偏酸性或者偏碱的条件下更有利于CQP的降解，腐殖酸(Humic acid, HA)对NiFe2O4@BC活化PMS降解CQP具有促进作用。淬灭实验证实，自由基途径和非自由基途径生成的•OH与1O2主导了NiFe2O4@BC/PMS体系对CQP的降解。在同等条件下，对多种污染物均能达到80%以上的降解效果。此外，NiFe2O4@BC循环使用5次后，活化PMS去除CQP的效率仍能达到74%左右。本研究为废弃杉木屑高效、绿色的资源化利用提供了新策略和借鉴意义。
近年来，磷酸氯喹(Chloroquine Phosphate, CQP)作为治疗新冠的特效药得到广泛应用，并且由于其具有优异的抗炎症和抗疟疾能力，在疫情结束后仍发挥着重要作用。磷酸氯喹的大量使用对环境造成严重的潜在危害。将废弃的木屑资源化利用，通过共沉淀-无氧煅烧法制备出具有磁回收能力的铁酸镍负载杉木屑生物炭复合材料(Nickel ferrate loaded biochar, NiFe2O4@BC)，并研究其活化过一硫酸盐(Peroxymonosulfate, PMS)降解CQP的性能。利用多种表征对NiFe2O4@BC复合材料的组成结构、表面官能团和石墨化程度进行分析，相较于未改性的杉木屑生物炭(Fir sawdust biochar, BC)，将具有磁性NiFe2O4的负载在生物炭上，使得复合材料的石墨化程度提高，缺陷活性位点也得到增多，对CQP的去除效果得到巨大提高。主要考察了NiFe2O4@BC投加量、PMS浓度、溶液初始pH、共存无机阴离子与腐殖酸在降解CQP过程中的影响。研究表明，当NiFe2O4@BC投加量为0.5 g/L，PMS浓度为1.0 mmol/L，CQP浓度为10 mg/L的条件下，CQP去除率在120分钟达到89%。在偏酸性或者偏碱的条件下更有利于CQP的降解，腐殖酸(Humic acid, HA)对NiFe2O4@BC活化PMS降解CQP具有促进作用。淬灭实验证实，自由基途径和非自由基途径生成的•OH与1O2主导了NiFe2O4@BC/PMS体系对CQP的降解。在同等条件下，对多种污染物均能达到80%以上的降解效果。此外，NiFe2O4@BC循环使用5次后，活化PMS去除CQP的效率仍能达到74%左右。本研究为废弃杉木屑高效、绿色的资源化利用提供了新策略和借鉴意义。
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MXene及其复合材料在二次电池领域得到了广泛的应用。MXene作为一种新型二维过渡金属碳化物层状材料，它的电导率极高，比表面积极大，层状结构独特，表面活性位点众多，离子传输路径极短，力学性能卓越，因此，MXene已经被广泛地应用于储能、吸附、催化等各个领域。以MXene基构建复合材料不仅可以提高导电性，缓解体积膨胀，反过来还可以抑制MXene堆叠，获得更好的电化学性能。本文综述了MXene含氟和无氟的合成方法，分析了MXene及其复合材料在钠、钾离子电池中的应用及性能。最后，阐述了MXene及其复合材料的挑战和前景。
MXene及其复合材料在二次电池领域得到了广泛的应用。MXene作为一种新型二维过渡金属碳化物层状材料，它的电导率极高，比表面积极大，层状结构独特，表面活性位点众多，离子传输路径极短，力学性能卓越，因此，MXene已经被广泛地应用于储能、吸附、催化等各个领域。以MXene基构建复合材料不仅可以提高导电性，缓解体积膨胀，反过来还可以抑制MXene堆叠，获得更好的电化学性能。本文综述了MXene含氟和无氟的合成方法，分析了MXene及其复合材料在钠、钾离子电池中的应用及性能。最后，阐述了MXene及其复合材料的挑战和前景。
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感染创面严重危害着人类的生活质量甚至是生命健康，因此研发高效且副作用小的抗菌生物材料用于修复感染创面具有广阔的市场前景。二维过渡金属碳化物(MXene)是一种新型的二维片状材料，具有优异的抗菌性能，其抗菌机制主要包括物理捕获理论，红外热效应，活性氧(ROS)生成理论，胞间分子泄露理论等，因此MXene有望成为一种更安全、有效、广谱的抗菌手段。通过水凝胶包裹MXene制成的MXene复合水凝胶对比单纯水凝胶具有更佳的抗菌，抗氧化性以及光热效应等优势。本文综述了MXene的抗菌机制，并就近年来报道的MXene复合水凝胶修复感染创面的研究进行全面综述和总结。
感染创面严重危害着人类的生活质量甚至是生命健康，因此研发高效且副作用小的抗菌生物材料用于修复感染创面具有广阔的市场前景。二维过渡金属碳化物(MXene)是一种新型的二维片状材料，具有优异的抗菌性能，其抗菌机制主要包括物理捕获理论，红外热效应，活性氧(ROS)生成理论，胞间分子泄露理论等，因此MXene有望成为一种更安全、有效、广谱的抗菌手段。通过水凝胶包裹MXene制成的MXene复合水凝胶对比单纯水凝胶具有更佳的抗菌，抗氧化性以及光热效应等优势。本文综述了MXene的抗菌机制，并就近年来报道的MXene复合水凝胶修复感染创面的研究进行全面综述和总结。
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单向热固性预浸料的面内剪切变形对最终复合材料构件的成型质量和力学性能有着显著影响。对此，本文研究了单向热固性预浸料在不同成型温度和加载速率下的面内剪切及应力松弛行为。结果表明，单向热固性预浸料呈现出与温度和加载速率强相关的非线性面内剪切变形行为，剪切变形对加载速率的敏感性随着温度的升高而降低，应力松弛速度随着温度的升高而加快，温度越高将会越快处于应力松弛稳定状态。基于单向热固性预浸料的面内剪切及应力松弛行为，构建了精准追踪纤维方向变化的广义Maxwell粘弹性本构模型，并编写VUMAT用户材料子程序，对单向热固性预浸料的偏轴拉伸阶梯加载应力松弛进行模拟，与试验结果表现出较好的一致性，证明了该本构模型的有效性和正确性。
单向热固性预浸料的面内剪切变形对最终复合材料构件的成型质量和力学性能有着显著影响。对此，本文研究了单向热固性预浸料在不同成型温度和加载速率下的面内剪切及应力松弛行为。结果表明，单向热固性预浸料呈现出与温度和加载速率强相关的非线性面内剪切变形行为，剪切变形对加载速率的敏感性随着温度的升高而降低，应力松弛速度随着温度的升高而加快，温度越高将会越快处于应力松弛稳定状态。基于单向热固性预浸料的面内剪切及应力松弛行为，构建了精准追踪纤维方向变化的广义Maxwell粘弹性本构模型，并编写VUMAT用户材料子程序，对单向热固性预浸料的偏轴拉伸阶梯加载应力松弛进行模拟，与试验结果表现出较好的一致性，证明了该本构模型的有效性和正确性。
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为满足高温吸波结构复合材料要求，选用SiC纤维，设计并制备了2.5D机织SiCf/SiC复合材料，采用实验与仿真相结合的方法研究了吸波性能。利用弓形法开展了反射损耗测试，采用X射线计算机断层扫描(Micro-CT)技术提取材料几何结构参数，建立了全厚度细观模型，在CST电磁仿真软件上模拟计算了材料的反射损耗，并与实验结果进行对比分析。通过等效电磁参数理论和场分布图分析了吸波机制，并研究了几何结构参数、电磁参数、电磁波电场极化方向和入射角度对材料吸波特性的影响规律。实验结果表明，在1-18 GHz频率范围内，本文所制备的2.5D机织SiCf/SiC复合材料具有3 GHz的有效吸波带宽，在吸收峰9.3 GHz处，最大反射损耗达到−17 dB，这与仿真结果基本一致。该复合材料主要通过电损耗的方式吸收电磁波，其良好的吸波性能是结构设计和材料特性协同作用的结果，材料整体厚度和纤维介电常数是影响2.5D机织SiCf/SiC复合材料吸波性能的关键因素。
为满足高温吸波结构复合材料要求，选用SiC纤维，设计并制备了2.5D机织SiCf/SiC复合材料，采用实验与仿真相结合的方法研究了吸波性能。利用弓形法开展了反射损耗测试，采用X射线计算机断层扫描(Micro-CT)技术提取材料几何结构参数，建立了全厚度细观模型，在CST电磁仿真软件上模拟计算了材料的反射损耗，并与实验结果进行对比分析。通过等效电磁参数理论和场分布图分析了吸波机制，并研究了几何结构参数、电磁参数、电磁波电场极化方向和入射角度对材料吸波特性的影响规律。实验结果表明，在1-18 GHz频率范围内，本文所制备的2.5D机织SiCf/SiC复合材料具有3 GHz的有效吸波带宽，在吸收峰9.3 GHz处，最大反射损耗达到−17 dB，这与仿真结果基本一致。该复合材料主要通过电损耗的方式吸收电磁波，其良好的吸波性能是结构设计和材料特性协同作用的结果，材料整体厚度和纤维介电常数是影响2.5D机织SiCf/SiC复合材料吸波性能的关键因素。
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随着经济的快速发展，水中重金属离子污染对人类健康以及生态系统造成威胁。水凝胶以其良好的吸附性能、可再生性和低毒性在处理重金属离子方面具有很大的潜力。本文论述了近年来国内外以农业固体废弃物为原料制备水凝胶(纤维素基水凝胶、半纤维素基水凝胶、木质素基水凝胶等)吸附重金属的研究进展。同时讨论了农业固废基水凝胶的合成，去除重金属的吸附效果、吸附机制以及分析方法，并列举了工业固废基和其他固废基水凝胶吸附重金属的效果，以期帮助研究者对农业固废基水凝胶吸附重金属的探究有更深刻的理解。
随着经济的快速发展，水中重金属离子污染对人类健康以及生态系统造成威胁。水凝胶以其良好的吸附性能、可再生性和低毒性在处理重金属离子方面具有很大的潜力。本文论述了近年来国内外以农业固体废弃物为原料制备水凝胶(纤维素基水凝胶、半纤维素基水凝胶、木质素基水凝胶等)吸附重金属的研究进展。同时讨论了农业固废基水凝胶的合成，去除重金属的吸附效果、吸附机制以及分析方法，并列举了工业固废基和其他固废基水凝胶吸附重金属的效果，以期帮助研究者对农业固废基水凝胶吸附重金属的探究有更深刻的理解。
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为了揭示织物结构和开孔位置对三维机织复合材料开孔连接性能与失效机制的影响，设计并制备了3种不同结构的三维机织复合材料，对不同开孔位置连接结构的承载性能和损伤模式进行了研究。研究表明，端径比(E/D)对不同结构参数的复合材料的影响存在差异，当E/D从3减小到2时，3种结构复合材料极限挤压强度分别下降5.3%、9.9%和5.9%；E/D从2减小到1时，极限挤压强度分别下降73.3%、68.9%和69.8%。E/D从3减小到1时，复合材料的损伤模式由挤压损伤转变为界面脱粘及试样端部纱线脱粘，结构中各纱线层的损伤演化呈现明显角度特征。
为了揭示织物结构和开孔位置对三维机织复合材料开孔连接性能与失效机制的影响，设计并制备了3种不同结构的三维机织复合材料，对不同开孔位置连接结构的承载性能和损伤模式进行了研究。研究表明，端径比(E/D)对不同结构参数的复合材料的影响存在差异，当E/D从3减小到2时，3种结构复合材料极限挤压强度分别下降5.3%、9.9%和5.9%；E/D从2减小到1时，极限挤压强度分别下降73.3%、68.9%和69.8%。E/D从3减小到1时，复合材料的损伤模式由挤压损伤转变为界面脱粘及试样端部纱线脱粘，结构中各纱线层的损伤演化呈现明显角度特征。
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由近红外二区(NIR-II，1000-1350 nm)光触发光热剂进行光热治疗是一种新兴的肿瘤治疗方式，具有良好的应用前景。过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化合物(MXenes)具有超薄层状结构、独特的电子性质、比表面积大、光热转换效率高、良好的亲水性以及易于表面功能化等优点，可作为一类具有优良性质的光热剂应用于NIR-Ⅱ 区肿瘤光热治疗。本文介绍了NIR-II区光热治疗的优势，概括了MXenes的光热性能和MXenes胶体溶液稳定性，重点总结了MXenes在NIR-Ⅱ区肿瘤光热诊疗的研究进展，并阐述了该领域未来发展所面临的挑战和机遇。
由近红外二区(NIR-II，1000-1350 nm)光触发光热剂进行光热治疗是一种新兴的肿瘤治疗方式，具有良好的应用前景。过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化合物(MXenes)具有超薄层状结构、独特的电子性质、比表面积大、光热转换效率高、良好的亲水性以及易于表面功能化等优点，可作为一类具有优良性质的光热剂应用于NIR-Ⅱ 区肿瘤光热治疗。本文介绍了NIR-II区光热治疗的优势，概括了MXenes的光热性能和MXenes胶体溶液稳定性，重点总结了MXenes在NIR-Ⅱ区肿瘤光热诊疗的研究进展，并阐述了该领域未来发展所面临的挑战和机遇。
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我国西北地区昼夜温差大且存在大量盐渍土环境，因此西北地区的大量建筑无法避免的受到硫酸盐与冻融的耦合作用，使结构内部产生大量孔隙并最终导致其损伤失效。本文采用核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance，NMR)对硫酸盐与冻融耦合作用下机制骨料混凝土的孔径分布和孔隙率等孔结构参数进行分析，并探究了硫酸盐浓度、冻融循环次数以及石粉掺量对机制骨料混凝土孔结构的影响规律。结果表明：硫酸盐降低了机制骨料混凝土的冻融劣化速率，随着硫酸盐浓度的增加降低效果更显著；机制骨料混凝土的孔隙率随冻融循环次数增加而增大；机制骨料混凝土孔隙率随着石粉掺量的增多呈现先减小后增大，当石粉掺量控制在10%左右时具有最佳的孔结构；硫酸盐冻融的耦合作用下的化学侵蚀产物除了钙矾石和石膏外还存在无水芒硝，但是低温抑制了硫酸盐的化学侵蚀使得物理侵蚀占据主导作用。
我国西北地区昼夜温差大且存在大量盐渍土环境，因此西北地区的大量建筑无法避免的受到硫酸盐与冻融的耦合作用，使结构内部产生大量孔隙并最终导致其损伤失效。本文采用核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance，NMR)对硫酸盐与冻融耦合作用下机制骨料混凝土的孔径分布和孔隙率等孔结构参数进行分析，并探究了硫酸盐浓度、冻融循环次数以及石粉掺量对机制骨料混凝土孔结构的影响规律。结果表明：硫酸盐降低了机制骨料混凝土的冻融劣化速率，随着硫酸盐浓度的增加降低效果更显著；机制骨料混凝土的孔隙率随冻融循环次数增加而增大；机制骨料混凝土孔隙率随着石粉掺量的增多呈现先减小后增大，当石粉掺量控制在10%左右时具有最佳的孔结构；硫酸盐冻融的耦合作用下的化学侵蚀产物除了钙矾石和石膏外还存在无水芒硝，但是低温抑制了硫酸盐的化学侵蚀使得物理侵蚀占据主导作用。
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水体富营养化导致的有害藻华(HABs)爆发日益严重，对水环境和人类健康构成了巨大的威胁。本文采用简单的水热法制备了磁性可回收的镍掺杂 ZnFe2O4(Ni-ZFO)吸附剂，用于去除水体中的铜绿微囊藻。通过 SEM、XRD、EDS、XPS 和 VSM 对材料进行了表征。在 30 分钟内，Ni-ZFO 复合材料的藻细胞去除率最高可达 99.09%，在 25℃、pH= 3-8 的条件下，去除率保持在 90.41% 以上。此外，Ni-ZFO的饱和磁化强度为67.93 emu/g，比ZnFe2O4(ZFO)高10.74 emu/g，便于回收利用。吸附过程中藻胆蛋白含量并未增加，藻细胞在吸附过程中不会破裂，这就避免了藻毒素进入水环境而造成的二次污染。经过4次循环使用后除藻率仍保持在75%以上。本文合成的 Ni-ZFO 吸附剂对藻细胞具有较强的去除效率，且不会造成二次污染，在缓解水体富营养化的实际应用中显示出巨大的潜力，同时也充实了改性ZFO在吸附领域的应用。
水体富营养化导致的有害藻华(HABs)爆发日益严重，对水环境和人类健康构成了巨大的威胁。本文采用简单的水热法制备了磁性可回收的镍掺杂 ZnFe2O4(Ni-ZFO)吸附剂，用于去除水体中的铜绿微囊藻。通过 SEM、XRD、EDS、XPS 和 VSM 对材料进行了表征。在 30 分钟内，Ni-ZFO 复合材料的藻细胞去除率最高可达 99.09%，在 25℃、pH= 3-8 的条件下，去除率保持在 90.41% 以上。此外，Ni-ZFO的饱和磁化强度为67.93 emu/g，比ZnFe2O4(ZFO)高10.74 emu/g，便于回收利用。吸附过程中藻胆蛋白含量并未增加，藻细胞在吸附过程中不会破裂，这就避免了藻毒素进入水环境而造成的二次污染。经过4次循环使用后除藻率仍保持在75%以上。本文合成的 Ni-ZFO 吸附剂对藻细胞具有较强的去除效率，且不会造成二次污染，在缓解水体富营养化的实际应用中显示出巨大的潜力，同时也充实了改性ZFO在吸附领域的应用。
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纤维素纳米晶体(Cellulose Nanocrystals，CNC)是具有优异力学性能、光学性能和表面化学性能的纳米材料，近年来受到了研究者们的广泛关注。基于CNC的传感器具有对外部环境刺激的单重、双重及多重响应，如湿度、气体、pH、溶剂、温度、光等驱动传感，这使其在信息加密、健康检测、食品、环境监测、储能、可穿戴等领域中显示出巨大的应用潜力。本文对CNC的关键特性进行了简要介绍，并重点分析了基于CNC的多功能传感器的重要应用发展研究机制，最后总结了CNC基传感器材料在制备过程中存在的主要问题和面临的挑战，为提高其性能和功能化创新应用提供参考。
纤维素纳米晶体(Cellulose Nanocrystals，CNC)是具有优异力学性能、光学性能和表面化学性能的纳米材料，近年来受到了研究者们的广泛关注。基于CNC的传感器具有对外部环境刺激的单重、双重及多重响应，如湿度、气体、pH、溶剂、温度、光等驱动传感，这使其在信息加密、健康检测、食品、环境监测、储能、可穿戴等领域中显示出巨大的应用潜力。本文对CNC的关键特性进行了简要介绍，并重点分析了基于CNC的多功能传感器的重要应用发展研究机制，最后总结了CNC基传感器材料在制备过程中存在的主要问题和面临的挑战，为提高其性能和功能化创新应用提供参考。
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为研究聚丙烯纤维珊瑚海水混凝土(PPF/CAC)在循环受压荷载作用下的力学行为，以聚丙烯纤维体积分数和加载方式为变化参数，设计了20个圆柱体试件进行单轴受压以及单轴循环受压试验。试验观察了PPF/CAC的破坏形态，获取了应力-应变全曲线及峰值应力应变、塑性应变等重要指标，深入分析了PPF/CAC在单轴循环受压作用下的应力-应变行为和损伤演化。结果表明：与单调加载相比，循环加载试件的强度退化了1.21%~3.67%，聚丙烯纤维能有效延缓强度退化；聚丙烯纤维体积分数为0.15%时珊瑚混凝土的峰值应力和峰值应变增幅最大，分别为10.45%和6.45%，改性效果最好；此外，聚丙烯纤维体积分数的增加可显著降低塑性应变的积累，提高弹性刚度比。本文根据试验结果定义了滞回曲线的四个特征点：卸载点、公共点、残余点和终点，并建立了残余应变、公共点应变和终点应变与卸载应变的关系。最后，提出了PPF/CAC在循环荷载作用下的应力-应变本构方程和损伤本构模型，且基于损伤演化规律简化后的应力-应变本构方程可以有效地预测其在循环荷载作用下的应力-应变行为。
为研究聚丙烯纤维珊瑚海水混凝土(PPF/CAC)在循环受压荷载作用下的力学行为，以聚丙烯纤维体积分数和加载方式为变化参数，设计了20个圆柱体试件进行单轴受压以及单轴循环受压试验。试验观察了PPF/CAC的破坏形态，获取了应力-应变全曲线及峰值应力应变、塑性应变等重要指标，深入分析了PPF/CAC在单轴循环受压作用下的应力-应变行为和损伤演化。结果表明：与单调加载相比，循环加载试件的强度退化了1.21%~3.67%，聚丙烯纤维能有效延缓强度退化；聚丙烯纤维体积分数为0.15%时珊瑚混凝土的峰值应力和峰值应变增幅最大，分别为10.45%和6.45%，改性效果最好；此外，聚丙烯纤维体积分数的增加可显著降低塑性应变的积累，提高弹性刚度比。本文根据试验结果定义了滞回曲线的四个特征点：卸载点、公共点、残余点和终点，并建立了残余应变、公共点应变和终点应变与卸载应变的关系。最后，提出了PPF/CAC在循环荷载作用下的应力-应变本构方程和损伤本构模型，且基于损伤演化规律简化后的应力-应变本构方程可以有效地预测其在循环荷载作用下的应力-应变行为。
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为提高光致变色涂层织物耐用性能，采用光致变色微胶囊(PM)与两性离子聚氨酯(ZPU)制备PM/ZPU薄膜，并热压到棉织物上得到自修复光致变色PM/ZPU复合织物。对PM/ZPU复合织物的结构和形貌进行表征，并详细探讨了PM/ZPU复合织物的光致变色性能、自修复及回收利用能力。结果表明：经紫外光照射后，PM/ZPU复合织物的最大吸收波长由470 nm转移到530 nm，颜色由黄橙色变为红褐色，且具有良好的耐疲劳性能；基于两性离子的动态可逆性，PM/ZPU复合织物划痕可以在80 ℃下完全修复，断裂的复合织物在60 ℃下的黏合强度达到1.47 MPa，展现了优异的自修复性能；通过简单的溶解法可将废弃织物上的涂层进行回收并再利用，重新制备PM/ZPU复合织物依然具有良好的光致变色性能。
为提高光致变色涂层织物耐用性能，采用光致变色微胶囊(PM)与两性离子聚氨酯(ZPU)制备PM/ZPU薄膜，并热压到棉织物上得到自修复光致变色PM/ZPU复合织物。对PM/ZPU复合织物的结构和形貌进行表征，并详细探讨了PM/ZPU复合织物的光致变色性能、自修复及回收利用能力。结果表明：经紫外光照射后，PM/ZPU复合织物的最大吸收波长由470 nm转移到530 nm，颜色由黄橙色变为红褐色，且具有良好的耐疲劳性能；基于两性离子的动态可逆性，PM/ZPU复合织物划痕可以在80 ℃下完全修复，断裂的复合织物在60 ℃下的黏合强度达到1.47 MPa，展现了优异的自修复性能；通过简单的溶解法可将废弃织物上的涂层进行回收并再利用，重新制备PM/ZPU复合织物依然具有良好的光致变色性能。
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导电聚合物复合材料(CPC)因其耐腐蚀性好、比强度高、成本低和易加工等良好的综合性能，被广泛用于制备电磁屏蔽材料。本文采用简单的刮膜法和热酰亚胺化法制备了综合性能良好的MXene-羧基化碳纳米管(CCNT)/聚酰亚胺(MXene-CCNT/PI)复合薄膜。MXene和CCNT协同作用构筑了良好的导电网络，赋予薄膜高效的电磁屏蔽效能(EMI SE)，当MXene和CCNT含量均为12.5wt%，膜厚度为80 μm时，电导率和EMI SE分别为5.88 S/cm和26.49 dB，电磁屏蔽效能与厚度的比值(EMI SE/t)为331.13 dB/mm。并且在极端恶劣环境下(酸-碱处理、高低温处理和重复弯曲)显示出持久而稳定的EMI SE。与此同时，MXene-CCNT/PI薄膜仍具有53.17 MPa的拉伸强度、优异的热稳定性(＞500 ℃)和阻燃性能。实现了聚合物基电磁屏蔽复合材料的便捷、高效制备，同时兼顾其优异的力学性能和耐热性能。
导电聚合物复合材料(CPC)因其耐腐蚀性好、比强度高、成本低和易加工等良好的综合性能，被广泛用于制备电磁屏蔽材料。本文采用简单的刮膜法和热酰亚胺化法制备了综合性能良好的MXene-羧基化碳纳米管(CCNT)/聚酰亚胺(MXene-CCNT/PI)复合薄膜。MXene和CCNT协同作用构筑了良好的导电网络，赋予薄膜高效的电磁屏蔽效能(EMI SE)，当MXene和CCNT含量均为12.5wt%，膜厚度为80 μm时，电导率和EMI SE分别为5.88 S/cm和26.49 dB，电磁屏蔽效能与厚度的比值(EMI SE/t)为331.13 dB/mm。并且在极端恶劣环境下(酸-碱处理、高低温处理和重复弯曲)显示出持久而稳定的EMI SE。与此同时，MXene-CCNT/PI薄膜仍具有53.17 MPa的拉伸强度、优异的热稳定性(＞500 ℃)和阻燃性能。实现了聚合物基电磁屏蔽复合材料的便捷、高效制备，同时兼顾其优异的力学性能和耐热性能。
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为获得满足钛合金熔模精密铸造使用的高惰性陶瓷型芯，采用Y2O3作为骨料，引入Al粉作为矿化剂，基于热压注法制备陶瓷型芯。研究了Al粉含量对Y2O3基陶瓷型芯致密化特性、力学性能、微观结构及相组成的影响。结果表明，随Al粉含量增加Y2O3基陶瓷型芯的烧结收缩率和高温挠度逐渐减小；Al粉氧化膨胀有利于抵御型芯的烧结收缩，基于Al粉的液相烧结协同Al-Y2O3的界面反应烧结和Al2O3-Y2O3扩散烧结机制，促进了型芯的致密化。Al粉与基体生成Al2Y4O9晶体抑制了晶间细小Y2O3颗粒的二次烧结，提升了型芯的高温抗变形能力。引入少量Al粉，型芯中生成Al2Y4O9和Y2Al晶体并附着于基体颗粒表面，基于第二相强化晶间结合强度得到提升；加入2wt%Al粉时型芯获得最佳抗弯强度，约为34.38 MPa，相比纯钇基陶瓷型芯提升了49.15%，表现为穿晶断裂。但过量Al粉氧化产生的膨胀量扩大了骨料颗粒间距，一定程度上削弱了晶间结合强度，型芯出现沿晶脆性断裂的倾向，导致承载能力下降。
为获得满足钛合金熔模精密铸造使用的高惰性陶瓷型芯，采用Y2O3作为骨料，引入Al粉作为矿化剂，基于热压注法制备陶瓷型芯。研究了Al粉含量对Y2O3基陶瓷型芯致密化特性、力学性能、微观结构及相组成的影响。结果表明，随Al粉含量增加Y2O3基陶瓷型芯的烧结收缩率和高温挠度逐渐减小；Al粉氧化膨胀有利于抵御型芯的烧结收缩，基于Al粉的液相烧结协同Al-Y2O3的界面反应烧结和Al2O3-Y2O3扩散烧结机制，促进了型芯的致密化。Al粉与基体生成Al2Y4O9晶体抑制了晶间细小Y2O3颗粒的二次烧结，提升了型芯的高温抗变形能力。引入少量Al粉，型芯中生成Al2Y4O9和Y2Al晶体并附着于基体颗粒表面，基于第二相强化晶间结合强度得到提升；加入2wt%Al粉时型芯获得最佳抗弯强度，约为34.38 MPa，相比纯钇基陶瓷型芯提升了49.15%，表现为穿晶断裂。但过量Al粉氧化产生的膨胀量扩大了骨料颗粒间距，一定程度上削弱了晶间结合强度，型芯出现沿晶脆性断裂的倾向，导致承载能力下降。
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以相变微胶囊(MPCM)为储能基元与脱硫石膏复合，研究了MPCM对脱硫石膏基复合材料力学性能、热性能和热循环稳定性的影响规律。结果表明：MPCM的潜热储能作用可调节料浆的水化温升，起到缓凝作用，同时赋予复合材料储能调温功效；然而掺入MPCM对复合材料强度不利。MPCM掺量为50wt%时复合材料综合性能较好。此时，相变温度24.51℃，相变焓28.47 J·g−1，储热温峰和温峰出现时间较纯石膏分别降低和延迟了6.4℃、980 s，储热控温作用明显；导热系数0.451 W·(m·K)−1；28天抗压强度25.05 MPa；250次冷热循环质量损失率、相变温度变化率和相变焓变化率分别为0.67%、0.08%和2.3%，热循环稳定性良好。该复合材料力学性能、热性能和热循环稳定性良好，在建筑储能围护体系中应用前景广阔。
以相变微胶囊(MPCM)为储能基元与脱硫石膏复合，研究了MPCM对脱硫石膏基复合材料力学性能、热性能和热循环稳定性的影响规律。结果表明：MPCM的潜热储能作用可调节料浆的水化温升，起到缓凝作用，同时赋予复合材料储能调温功效；然而掺入MPCM对复合材料强度不利。MPCM掺量为50wt%时复合材料综合性能较好。此时，相变温度24.51℃，相变焓28.47 J·g−1，储热温峰和温峰出现时间较纯石膏分别降低和延迟了6.4℃、980 s，储热控温作用明显；导热系数0.451 W·(m·K)−1；28天抗压强度25.05 MPa；250次冷热循环质量损失率、相变温度变化率和相变焓变化率分别为0.67%、0.08%和2.3%，热循环稳定性良好。该复合材料力学性能、热性能和热循环稳定性良好，在建筑储能围护体系中应用前景广阔。
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聚合物在超导技术、航天航空、电子电路、动力电池、换热器等领域的应用十分广泛。随着器件的小型化、密集化和高功率，对于整体的散热要求越来越高，但是聚合物作为器件和设备粘接、封装等工艺的关键材料，热导率仅为0.2 W/(m∙K)，完全不能满足目前的散热需求，因此亟需提升聚合物的导热性能。由于在聚合物基体中构建连续的导热路径能极大提高聚合物的导热系数，往往能提高数倍或数十倍，因此采用三维网络填料增强聚合物导热性能是最为常用的一种方法之一。本文主要对用构建三维网络填料来增强高分子材料的导热性能的相关研究进行了整理，以制备方式的不同，将其归类为自组装法、相分离法、模板法、取向分布法等方法。最后，从制备方法的热导率提高值、可行性、稳定性等方面进行了总结分析，并对三维网络填料增强的聚合物基导热复合材料的未来发展前景进行了展望。
聚合物在超导技术、航天航空、电子电路、动力电池、换热器等领域的应用十分广泛。随着器件的小型化、密集化和高功率，对于整体的散热要求越来越高，但是聚合物作为器件和设备粘接、封装等工艺的关键材料，热导率仅为0.2 W/(m∙K)，完全不能满足目前的散热需求，因此亟需提升聚合物的导热性能。由于在聚合物基体中构建连续的导热路径能极大提高聚合物的导热系数，往往能提高数倍或数十倍，因此采用三维网络填料增强聚合物导热性能是最为常用的一种方法之一。本文主要对用构建三维网络填料来增强高分子材料的导热性能的相关研究进行了整理，以制备方式的不同，将其归类为自组装法、相分离法、模板法、取向分布法等方法。最后，从制备方法的热导率提高值、可行性、稳定性等方面进行了总结分析，并对三维网络填料增强的聚合物基导热复合材料的未来发展前景进行了展望。
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为解决织物增强混凝土(Textile Reinforced Concrete，TRC)加固混凝土梁结构界面端部剥离问题，拟采用端部自锁技术将TRC板锚固在梁底。得益于该技术提供的端部锚固作用，即使发生界面剥离，TRC板仍能继续承载。但与纤维布相比，纤维网格由于各纤维束之间间隙大得多，协同受力性能较差，在不做处理的情况下能否实现自锁尚存疑问。为了提高纤维网格强度利用率，本文通过端部自锁锚固的纤维网格拉伸试验对其端锚自锁增强效应进行了研究。对纤维网格采取增大物理摩擦或增加化学粘结等措施，进而拉伸至破坏，分析比较了各试件的破坏模式、荷载-应变曲线，提出了纤维网格增强后承载力计算公式。试验结果表明：纤维网格端部自锁锚固时的强度利用率最大提升了60.66%，通过与端部锚板的有效结合，三层网格的抗拉承载力能够达到与单层纤维布相近的水平，应用自锁锚固技术有望在TRC加固混凝土梁中解决端部界面剥离问题，提升材料利用率，改善加固效果。所提出的纤维网格增强后承载力计算公式可为相关工程实践提供有益参考。
为解决织物增强混凝土(Textile Reinforced Concrete，TRC)加固混凝土梁结构界面端部剥离问题，拟采用端部自锁技术将TRC板锚固在梁底。得益于该技术提供的端部锚固作用，即使发生界面剥离，TRC板仍能继续承载。但与纤维布相比，纤维网格由于各纤维束之间间隙大得多，协同受力性能较差，在不做处理的情况下能否实现自锁尚存疑问。为了提高纤维网格强度利用率，本文通过端部自锁锚固的纤维网格拉伸试验对其端锚自锁增强效应进行了研究。对纤维网格采取增大物理摩擦或增加化学粘结等措施，进而拉伸至破坏，分析比较了各试件的破坏模式、荷载-应变曲线，提出了纤维网格增强后承载力计算公式。试验结果表明：纤维网格端部自锁锚固时的强度利用率最大提升了60.66%，通过与端部锚板的有效结合，三层网格的抗拉承载力能够达到与单层纤维布相近的水平，应用自锁锚固技术有望在TRC加固混凝土梁中解决端部界面剥离问题，提升材料利用率，改善加固效果。所提出的纤维网格增强后承载力计算公式可为相关工程实践提供有益参考。
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为了改善TC4钛合金表面硬度、耐磨性较差的缺点，本文提出了基于超快高温烧结(UHS)工艺的快速渗氮处理(HSNT)表面处理方法。对TC4钛合金表面进行HSNT，利用X射线衍射仪和扫描电子显微镜研究试样的微观组织，采用维氏显微硬度计和摩擦磨损试验装置对试样进行力学性能测试。2 min即可在TC4钛合金表面形成改性层，改性层由两部分组成，最表层为氮化物层，厚度10 μm，平均显微硬度为973.55 HV0.1，主要成分为TiN；次表层为渗氮层，厚度10 μm，平均显微硬度为774.53 HV0.1，截面显微硬度整体呈现出阶梯分布的趋势。摩擦磨损试验发现，在20 N载荷下，经过HSNT的TC4的摩擦系数为0.406，降低了24.4%，经过HSNT的TC4的磨损体积为0.302 mm3，降低了86.7%。不同载荷下经过HSNT的TC4的摩擦系数和磨损体积始终小于TC4钛合金，且均随着载荷的增加而增大。在20 N载荷下，TC4的磨损机制主要表现为磨粒磨损和氧化磨损，经过HSNT的TC4的磨损机制主要表现为粘着磨损和氧化磨损。经过HSNT的TC4钛合金的性能得到了明显的改善，弥补了TC4硬度低，耐磨性差的缺点。
为了改善TC4钛合金表面硬度、耐磨性较差的缺点，本文提出了基于超快高温烧结(UHS)工艺的快速渗氮处理(HSNT)表面处理方法。对TC4钛合金表面进行HSNT，利用X射线衍射仪和扫描电子显微镜研究试样的微观组织，采用维氏显微硬度计和摩擦磨损试验装置对试样进行力学性能测试。2 min即可在TC4钛合金表面形成改性层，改性层由两部分组成，最表层为氮化物层，厚度10 μm，平均显微硬度为973.55 HV0.1，主要成分为TiN；次表层为渗氮层，厚度10 μm，平均显微硬度为774.53 HV0.1，截面显微硬度整体呈现出阶梯分布的趋势。摩擦磨损试验发现，在20 N载荷下，经过HSNT的TC4的摩擦系数为0.406，降低了24.4%，经过HSNT的TC4的磨损体积为0.302 mm3，降低了86.7%。不同载荷下经过HSNT的TC4的摩擦系数和磨损体积始终小于TC4钛合金，且均随着载荷的增加而增大。在20 N载荷下，TC4的磨损机制主要表现为磨粒磨损和氧化磨损，经过HSNT的TC4的磨损机制主要表现为粘着磨损和氧化磨损。经过HSNT的TC4钛合金的性能得到了明显的改善，弥补了TC4硬度低，耐磨性差的缺点。
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本文利用自洽聚类分析(Self-consistent Clustering Analysis，SCA)方法研究了2D C/SiC在单轴压缩载荷下的渐进损伤行为，SCA方法通过应变集中张量对网格单元进行聚类，在不显著降低计算精度的前提下，大幅度降低了模型的自由度，使得模型的计算效率得以提高。整个方法由离线和在线两个阶段组成：离线阶段，利用k-means算法对高保真度的复合材料单胞进行分解、聚类并计算不同聚类间的相互作用张量，最终生成降阶模型；在线阶段，基于降阶模型求解离散的Lippmann–Schwinger方程组获取力学响应。将SCA方法应用于2D C/SiC压缩强度的预报，当聚类总数量为64时，与试验相比，压缩强度求解的计算精度与传统有限元相比降低了1%，但整体计算效率提升了34倍。当不考虑离线阶段花费的聚类时间，即事先已知材料的细观构型对其力学行为进行求解时，其一次在线计算的时间仅为6 s，计算效率比传统有限元提升了104倍，在结构性能快速设计、结构状态快速预报等领域，有着广阔的应用前景。
本文利用自洽聚类分析(Self-consistent Clustering Analysis，SCA)方法研究了2D C/SiC在单轴压缩载荷下的渐进损伤行为，SCA方法通过应变集中张量对网格单元进行聚类，在不显著降低计算精度的前提下，大幅度降低了模型的自由度，使得模型的计算效率得以提高。整个方法由离线和在线两个阶段组成：离线阶段，利用k-means算法对高保真度的复合材料单胞进行分解、聚类并计算不同聚类间的相互作用张量，最终生成降阶模型；在线阶段，基于降阶模型求解离散的Lippmann–Schwinger方程组获取力学响应。将SCA方法应用于2D C/SiC压缩强度的预报，当聚类总数量为64时，与试验相比，压缩强度求解的计算精度与传统有限元相比降低了1%，但整体计算效率提升了34倍。当不考虑离线阶段花费的聚类时间，即事先已知材料的细观构型对其力学行为进行求解时，其一次在线计算的时间仅为6 s，计算效率比传统有限元提升了104倍，在结构性能快速设计、结构状态快速预报等领域，有着广阔的应用前景。
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随着通信网络、无线设备以及航空航天的快速发展，电磁波危害日益加剧，因而急需电磁屏蔽性能更优异的复合材料。本文采用MXene (Ti3C2Tx)、银纳米线(AgNWs)和多壁碳纳米管(MWCNTs)构建了双层的高导电三维(导电率最高为1.4×104 S·m−1)网络电磁屏蔽复合薄膜(Ti3C2Tx MXene基功能复合薄膜)。特别是采取真空辅助抽滤法(VAF)将10 mL AgNWs以及15 mL Ti3C2Tx MXene的水溶液吸附于聚偏氟乙烯(PVDF)/MWCNTs复合薄膜之上，制备出的Ti3C2Tx MXene基功能复合薄膜的总电磁干扰屏蔽效能(EMI SET)高达69.0 dB，比商用标准(20 dB)高出245%，其中吸收损耗效能(SEA)占比85.1%。说明Ti3C2Tx MXene基功能复合薄膜主要的电磁损耗机制为吸收损耗，比电磁屏蔽效能(SSEt)最高可达2719.8 dB/(cm−2·g)。这项工作为新型MXene材料在电磁屏蔽复合材料中的应用提供了结构设计和研究思路。
随着通信网络、无线设备以及航空航天的快速发展，电磁波危害日益加剧，因而急需电磁屏蔽性能更优异的复合材料。本文采用MXene (Ti3C2Tx)、银纳米线(AgNWs)和多壁碳纳米管(MWCNTs)构建了双层的高导电三维(导电率最高为1.4×104 S·m−1)网络电磁屏蔽复合薄膜(Ti3C2Tx MXene基功能复合薄膜)。特别是采取真空辅助抽滤法(VAF)将10 mL AgNWs以及15 mL Ti3C2Tx MXene的水溶液吸附于聚偏氟乙烯(PVDF)/MWCNTs复合薄膜之上，制备出的Ti3C2Tx MXene基功能复合薄膜的总电磁干扰屏蔽效能(EMI SET)高达69.0 dB，比商用标准(20 dB)高出245%，其中吸收损耗效能(SEA)占比85.1%。说明Ti3C2Tx MXene基功能复合薄膜主要的电磁损耗机制为吸收损耗，比电磁屏蔽效能(SSEt)最高可达2719.8 dB/(cm−2·g)。这项工作为新型MXene材料在电磁屏蔽复合材料中的应用提供了结构设计和研究思路。
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采用花岗岩石粉等质量(0%~32%)替代部分水泥制备机制砂混凝土，应用等温量热、压汞、准稳态气体渗透等方法测试机制砂混凝土的水泥水化热、孔隙结构、力学强度及气体渗透性能，结合灰色关联分析建立不同龄期(28~130 d)石粉-机制砂混凝土气体渗透特性与孔隙特征之间关系。结果表明：机制砂混凝土中掺入适量石粉可减缓水化放热、改善孔隙结构、提高抗压强度及降低气体渗透系数；8%石粉掺量机制砂混凝土的抗压强度最高、气体渗透系数最低，其灰色关联分析表明有效孔隙率和小于100 nm孔隙对气体渗透性影响最显著。
采用花岗岩石粉等质量(0%~32%)替代部分水泥制备机制砂混凝土，应用等温量热、压汞、准稳态气体渗透等方法测试机制砂混凝土的水泥水化热、孔隙结构、力学强度及气体渗透性能，结合灰色关联分析建立不同龄期(28~130 d)石粉-机制砂混凝土气体渗透特性与孔隙特征之间关系。结果表明：机制砂混凝土中掺入适量石粉可减缓水化放热、改善孔隙结构、提高抗压强度及降低气体渗透系数；8%石粉掺量机制砂混凝土的抗压强度最高、气体渗透系数最低，其灰色关联分析表明有效孔隙率和小于100 nm孔隙对气体渗透性影响最显著。
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多材复合高温基线密封件是一种集隔热芯材，金属编织弹簧管和陶瓷纤维编织管于一体的新型多孔复合结构材料，在动载荷作用下具有柔性、耐高温、耐磨和密封等多功能优异性能，尤其对提高新一代高速飞行器热端部件的综合性能上起到关键性作用。它综合利用了内层隔热芯材的热防护、中间层高温合金编织弹簧管的弹性回复和外层陶瓷纤维管的耐热、耐磨等各自的性能优势。然而，由于各基材结构和性能之间的差异性，多材混杂结构与整体性能调控之间的内在联系尚不明确。基于此，首先介绍了多材复合高温基线密封件各组成材料特性及其制备工艺；其次，对现有高温基线密封件的理论和数值模型等研究方法进行梳理和归纳；再次，阐述了多材复合高温基线密封件在关键制备工艺和高温动载荷服役过程中存在的主要技术挑战；最后，对多材复合高温基线密封件的研究发展趋势和潜在工程应用进行了展望。
多材复合高温基线密封件是一种集隔热芯材，金属编织弹簧管和陶瓷纤维编织管于一体的新型多孔复合结构材料，在动载荷作用下具有柔性、耐高温、耐磨和密封等多功能优异性能，尤其对提高新一代高速飞行器热端部件的综合性能上起到关键性作用。它综合利用了内层隔热芯材的热防护、中间层高温合金编织弹簧管的弹性回复和外层陶瓷纤维管的耐热、耐磨等各自的性能优势。然而，由于各基材结构和性能之间的差异性，多材混杂结构与整体性能调控之间的内在联系尚不明确。基于此，首先介绍了多材复合高温基线密封件各组成材料特性及其制备工艺；其次，对现有高温基线密封件的理论和数值模型等研究方法进行梳理和归纳；再次，阐述了多材复合高温基线密封件在关键制备工艺和高温动载荷服役过程中存在的主要技术挑战；最后，对多材复合高温基线密封件的研究发展趋势和潜在工程应用进行了展望。
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碳基材料负载Cu是一类高效的甲醇氧化羰基化合成碳酸二甲酯催化剂，但存在Cu纳米颗粒易团聚和氧化等问题。采用溶剂热法制备了Cu-BTC，并以其为前驱体，在N2气氛下热解，制备了碳负载Cu及其氧化物(CuOx/C)催化剂。考察了热解温度对Cu纳米颗粒粒径、Cu的价态以及甲醇氧化羰基化合成碳酸二甲酯性能的影响。表征结果显示，升高热解温度有利于Cu2+还原为(Cu0+Cu+)，但会导致Cu纳米颗粒团聚。催化剂活性随着热解温度升高而降低，当热解温度为300℃时，制备的CuOx/C-300具有最优的催化活性，碳酸二甲酯的时空收率为1209 mg·g−1·h−1，因为其Cu纳米颗粒的粒径最小(7.5 nm)。经过6次循环实验后，碳酸二甲酯的时空收率降至468 mg·g−1·h−1，催化剂失活的主要原因是(Cu0+Cu+)的氧化和Cu纳米颗粒团聚。
碳基材料负载Cu是一类高效的甲醇氧化羰基化合成碳酸二甲酯催化剂，但存在Cu纳米颗粒易团聚和氧化等问题。采用溶剂热法制备了Cu-BTC，并以其为前驱体，在N2气氛下热解，制备了碳负载Cu及其氧化物(CuOx/C)催化剂。考察了热解温度对Cu纳米颗粒粒径、Cu的价态以及甲醇氧化羰基化合成碳酸二甲酯性能的影响。表征结果显示，升高热解温度有利于Cu2+还原为(Cu0+Cu+)，但会导致Cu纳米颗粒团聚。催化剂活性随着热解温度升高而降低，当热解温度为300℃时，制备的CuOx/C-300具有最优的催化活性，碳酸二甲酯的时空收率为1209 mg·g−1·h−1，因为其Cu纳米颗粒的粒径最小(7.5 nm)。经过6次循环实验后，碳酸二甲酯的时空收率降至468 mg·g−1·h−1，催化剂失活的主要原因是(Cu0+Cu+)的氧化和Cu纳米颗粒团聚。
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为了研究海水浸泡下海水海砂混凝土(Seawater sea-sand concrete,SSC)中以环氧树脂为基体的混杂碳-玄武岩纤维复材筋(CF-BF/Epoxy)拉伸性能退化规律，在不同温度(25、40和55℃)下对SSC中的CF-BF/Epoxy进行海水浸泡，周期为60、90和120天，通过拉伸试验对CF-BF/Epoxy在SSC中的拉伸性能进行了研究，并利用SEM和FTIR对其微观结构的变化进行了分析。结果显示，环境温度对CF-BF/Epoxy的拉伸性能有明显影响，在55℃下浸泡120d后，抗拉强度下降了13.84%，弹性模量在3%范围内轻微波动，CF-BF/Epoxy出现伪延性；玄武岩纤维和碳纤维混杂延缓了SSC中OH−进一步向CF-BF/Epoxy内部侵蚀，而外层玄武岩纤维区域的树脂水解和树脂-纤维界面退化是CF-BF/Epoxy拉伸性能退化的主要原因。最后基于Arrhenius方程预测，嵌入SSC中的CF-BF/Epoxy的抗拉强度保持率将在584~803天内降至70%。
为了研究海水浸泡下海水海砂混凝土(Seawater sea-sand concrete,SSC)中以环氧树脂为基体的混杂碳-玄武岩纤维复材筋(CF-BF/Epoxy)拉伸性能退化规律，在不同温度(25、40和55℃)下对SSC中的CF-BF/Epoxy进行海水浸泡，周期为60、90和120天，通过拉伸试验对CF-BF/Epoxy在SSC中的拉伸性能进行了研究，并利用SEM和FTIR对其微观结构的变化进行了分析。结果显示，环境温度对CF-BF/Epoxy的拉伸性能有明显影响，在55℃下浸泡120d后，抗拉强度下降了13.84%，弹性模量在3%范围内轻微波动，CF-BF/Epoxy出现伪延性；玄武岩纤维和碳纤维混杂延缓了SSC中OH−进一步向CF-BF/Epoxy内部侵蚀，而外层玄武岩纤维区域的树脂水解和树脂-纤维界面退化是CF-BF/Epoxy拉伸性能退化的主要原因。最后基于Arrhenius方程预测，嵌入SSC中的CF-BF/Epoxy的抗拉强度保持率将在584~803天内降至70%。
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聚乳酸(PLA)作为生物基可降解塑料逐渐成为研究热点，但由于其极易燃烧，在包装、电器等领域的应用受到限制，为了解决此类问题，对碱木质素(Lig)改性合成了含硅-氮元素的木质素(Si-NLig)，通过热失重分析(TGA)发现，Si-NLig在空气中的T5%提高了20 ℃，且高温残留量由2.3%提高至25.5%。将 Si-NLig作为成炭剂，与聚磷酸铵(APP)复配，通过熔融共混法制成阻燃聚乳酸材料(Si-NLig-APP/PLA)，对其阻燃性能、力学性能、燃烧行为等进行了研究。研究表明，Si-NLig与APP质量比为1∶4，10wt%的添加量可使Si-NLig-8%APP/PLA的极限氧指数(LOI)值达到27%，UL-94垂直燃烧达到V-0级别，而同等条件下Lig-8%APP/PLA的LOI值为26%，UL-94仅为V-2级别。同时，与Lig-8%APP/PLA相比，Si-NLig-8%APP/PLA的热释放速率峰值(PHRR)降低了27%；残炭的拉曼光谱分析发现Si-NLig-8%APP/PLA的石墨化程度比Lig-8%APP/PLA提高了36.7%，为其良好的阻燃性能提供了理论依据。Si-NLig的引入使得阻燃PLA力学性能得到了改善，拉伸强度提升了21%。可见Si-NLig在无卤阻燃PLA领域中具有潜在的应用前景。
聚乳酸(PLA)作为生物基可降解塑料逐渐成为研究热点，但由于其极易燃烧，在包装、电器等领域的应用受到限制，为了解决此类问题，对碱木质素(Lig)改性合成了含硅-氮元素的木质素(Si-NLig)，通过热失重分析(TGA)发现，Si-NLig在空气中的T5%提高了20 ℃，且高温残留量由2.3%提高至25.5%。将 Si-NLig作为成炭剂，与聚磷酸铵(APP)复配，通过熔融共混法制成阻燃聚乳酸材料(Si-NLig-APP/PLA)，对其阻燃性能、力学性能、燃烧行为等进行了研究。研究表明，Si-NLig与APP质量比为1∶4，10wt%的添加量可使Si-NLig-8%APP/PLA的极限氧指数(LOI)值达到27%，UL-94垂直燃烧达到V-0级别，而同等条件下Lig-8%APP/PLA的LOI值为26%，UL-94仅为V-2级别。同时，与Lig-8%APP/PLA相比，Si-NLig-8%APP/PLA的热释放速率峰值(PHRR)降低了27%；残炭的拉曼光谱分析发现Si-NLig-8%APP/PLA的石墨化程度比Lig-8%APP/PLA提高了36.7%，为其良好的阻燃性能提供了理论依据。Si-NLig的引入使得阻燃PLA力学性能得到了改善，拉伸强度提升了21%。可见Si-NLig在无卤阻燃PLA领域中具有潜在的应用前景。
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回收得到的再生碳纤维(RCF)多为蓬松杂乱的短纤维束，基于湿法纤维取向技术可对其重新取向。传统纤维增强复合材料通常将纤维沿单向铺层，对开孔制件难以完全发挥纤维的增益效果，通过纤维曲线铺层可以提高复合材料的结构性能。本文通过设计纤维分散实验，研究了一定RCF含量与不同浓度羟乙基纤维素(HEC)的最佳配置参数。利用自行搭建的纤维取向路径可调控装置，将制备的分散液铺放得到不同轨迹和形状的纤维毡，基于二维快速傅里叶变换(2D FFT)评价RCF的取向效果。通过模压成型制备再生碳纤维/环氧树脂(RCF/EP)复合材料开孔试样，分析了不同铺层路径对开孔试样承载能力的影响。结果表明：当6 mm RCF含量为6 g/L时，最佳HEC浓度为14 g/L；按曲线路径制备的开孔试样有效减少开孔处的应力集中，较无序路径和水平路径开孔试样，极限载荷分别提高了69.5%、35.9%。研究拓宽了RCF/EP复合材料结构的设计自由度，为实现RCF材料的高性能再利用提供了参考。
回收得到的再生碳纤维(RCF)多为蓬松杂乱的短纤维束，基于湿法纤维取向技术可对其重新取向。传统纤维增强复合材料通常将纤维沿单向铺层，对开孔制件难以完全发挥纤维的增益效果，通过纤维曲线铺层可以提高复合材料的结构性能。本文通过设计纤维分散实验，研究了一定RCF含量与不同浓度羟乙基纤维素(HEC)的最佳配置参数。利用自行搭建的纤维取向路径可调控装置，将制备的分散液铺放得到不同轨迹和形状的纤维毡，基于二维快速傅里叶变换(2D FFT)评价RCF的取向效果。通过模压成型制备再生碳纤维/环氧树脂(RCF/EP)复合材料开孔试样，分析了不同铺层路径对开孔试样承载能力的影响。结果表明：当6 mm RCF含量为6 g/L时，最佳HEC浓度为14 g/L；按曲线路径制备的开孔试样有效减少开孔处的应力集中，较无序路径和水平路径开孔试样，极限载荷分别提高了69.5%、35.9%。研究拓宽了RCF/EP复合材料结构的设计自由度，为实现RCF材料的高性能再利用提供了参考。
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采用机械搅拌、真空磁力搅拌消泡和加热固化的方法，在柔性的聚二甲基硅氧烷中填充赤泥制备了赤泥/聚二甲基硅氧烷复合材料，并对复合材料的结构与形貌、力学性能和热性能进行了表征和分析。结果表明，赤泥作为交联节点和自润滑颗粒提高了复合材料的弹性模量、抗拉强度、邵氏硬度、冲击强度和摩擦磨损性能，其中，冲击强度的提高较显著，从41.13 kJ·m−2增大至273.33 kJ·m−2，增加了565%。此外，赤泥作为不可燃物也提高了复合材料的阻燃性能，极限氧指数从25.7%增大至34.7%，增加了35%，进入难燃材料的范围(>27%)。这有望扩宽这种硅酮材料的应用领域，同时为赤泥的资源化利用和新型赤泥/聚合物复合材料的研究提供参考。
采用机械搅拌、真空磁力搅拌消泡和加热固化的方法，在柔性的聚二甲基硅氧烷中填充赤泥制备了赤泥/聚二甲基硅氧烷复合材料，并对复合材料的结构与形貌、力学性能和热性能进行了表征和分析。结果表明，赤泥作为交联节点和自润滑颗粒提高了复合材料的弹性模量、抗拉强度、邵氏硬度、冲击强度和摩擦磨损性能，其中，冲击强度的提高较显著，从41.13 kJ·m−2增大至273.33 kJ·m−2，增加了565%。此外，赤泥作为不可燃物也提高了复合材料的阻燃性能，极限氧指数从25.7%增大至34.7%，增加了35%，进入难燃材料的范围(>27%)。这有望扩宽这种硅酮材料的应用领域，同时为赤泥的资源化利用和新型赤泥/聚合物复合材料的研究提供参考。
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为了研究异形孔隙对泡沫混凝土单轴压缩特性的影响，本文对密度等级500 kg/m3的泡沫混凝土开展了X-CT试验及单轴压缩-声发射联合试验，基于实测孔结构特征建立了不同非球形颗粒占比的三维细观离散元模型并模拟了单轴压缩过程。结果表明：离散元模型模拟的单轴压缩损伤过程与声发射试验结果基本一致，具有明显的阶段特征；异形颗粒离散元模型能表征初步密实阶段应力-应变曲线的震荡，模拟出应力消散阶段基质的剪切和互锁，在建立泡沫混凝土离散元模型时，应考虑孔隙形状的影响；离散元模型的抗压强度随模型中孔隙非球形率的提高而线性衰减，相关系数达0.94。
为了研究异形孔隙对泡沫混凝土单轴压缩特性的影响，本文对密度等级500 kg/m3的泡沫混凝土开展了X-CT试验及单轴压缩-声发射联合试验，基于实测孔结构特征建立了不同非球形颗粒占比的三维细观离散元模型并模拟了单轴压缩过程。结果表明：离散元模型模拟的单轴压缩损伤过程与声发射试验结果基本一致，具有明显的阶段特征；异形颗粒离散元模型能表征初步密实阶段应力-应变曲线的震荡，模拟出应力消散阶段基质的剪切和互锁，在建立泡沫混凝土离散元模型时，应考虑孔隙形状的影响；离散元模型的抗压强度随模型中孔隙非球形率的提高而线性衰减，相关系数达0.94。
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为了研究不同树脂(环氧树脂、呋喃树脂、乙烯基树脂)涂层及海水浸泡对玄武岩纤维织物增强海水海砂混凝土(BTR-SSC)力学性能的影响，采用万能试验机对各树脂涂层纤维束和海水浸泡不同时间下BTR-SSC试件进行静态拉伸试验，并通过拔出试验评估纤维-基体界面黏结性能。结合数字图像相关分析得到裂纹与应变分布，并采用扫描电镜分析损伤机理。通过界面黏结强度计算公式实现以裂纹分布和基体强度评估界面长期性能。结果表明：三种树脂对纤维束的增强效果显著且相近(32%左右)，均可显著提升BTR-SSC力学性能，乙烯基树脂涂层表现最佳，抗拉性能和界面黏结性能分别提升77%和180%。海水浸泡下BTR-SSC试件力学性能明显劣化，未处理试件仅高温浸泡14 d后便脆断，环氧树脂、呋喃树脂和乙烯基树脂涂层试件浸泡7 d时相对未处理试件抗拉强度分别提升81%、48%和94%，浸泡28 d时仍呈多裂缝开展，界面黏结性能分别损失64%、57%和55%。该成果将有助于提升BTR-SSC在海洋环境中长期性能并促进其在海工结构中的应用。
为了研究不同树脂(环氧树脂、呋喃树脂、乙烯基树脂)涂层及海水浸泡对玄武岩纤维织物增强海水海砂混凝土(BTR-SSC)力学性能的影响，采用万能试验机对各树脂涂层纤维束和海水浸泡不同时间下BTR-SSC试件进行静态拉伸试验，并通过拔出试验评估纤维-基体界面黏结性能。结合数字图像相关分析得到裂纹与应变分布，并采用扫描电镜分析损伤机理。通过界面黏结强度计算公式实现以裂纹分布和基体强度评估界面长期性能。结果表明：三种树脂对纤维束的增强效果显著且相近(32%左右)，均可显著提升BTR-SSC力学性能，乙烯基树脂涂层表现最佳，抗拉性能和界面黏结性能分别提升77%和180%。海水浸泡下BTR-SSC试件力学性能明显劣化，未处理试件仅高温浸泡14 d后便脆断，环氧树脂、呋喃树脂和乙烯基树脂涂层试件浸泡7 d时相对未处理试件抗拉强度分别提升81%、48%和94%，浸泡28 d时仍呈多裂缝开展，界面黏结性能分别损失64%、57%和55%。该成果将有助于提升BTR-SSC在海洋环境中长期性能并促进其在海工结构中的应用。
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热固性树脂基预浸料沿纤维方向具有极高的拉伸模量和较小的弯曲刚度，准确描述预浸料的这种力学特性对于成型过程中褶皱等缺陷的预测与抑制、提升成型过程的有限元仿真精度具有重要意义。本文建立了基于纤维方向准确跟踪并考虑非线性剪切行为的单向预浸料本构模型，并通过共节点壳膜混合单元实现了预浸料高拉伸模量和低弯曲刚度的解耦。同时，以国产AC531/CCF800H单向预浸料为对象，系统测量了未固化预浸料的拉伸模量、剪切模量和弯曲刚度。最后，通过单向预浸料的偏轴拉伸试验和轴向压缩试验分别验证了本文所建立的有限元模型在膜单元和壳单元主导的受力条件下的有效性。
热固性树脂基预浸料沿纤维方向具有极高的拉伸模量和较小的弯曲刚度，准确描述预浸料的这种力学特性对于成型过程中褶皱等缺陷的预测与抑制、提升成型过程的有限元仿真精度具有重要意义。本文建立了基于纤维方向准确跟踪并考虑非线性剪切行为的单向预浸料本构模型，并通过共节点壳膜混合单元实现了预浸料高拉伸模量和低弯曲刚度的解耦。同时，以国产AC531/CCF800H单向预浸料为对象，系统测量了未固化预浸料的拉伸模量、剪切模量和弯曲刚度。最后，通过单向预浸料的偏轴拉伸试验和轴向压缩试验分别验证了本文所建立的有限元模型在膜单元和壳单元主导的受力条件下的有效性。
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1,4-环己烷二甲醇基聚碳酸酯具有优异的热力学性能，但因其降解性能的影响，商业应用受到极大的限制。向其分子链中引入脂肪族单元可以有效提高降解能力，但却以牺牲其热力学性能为代价。因此，为了维持热力学与降解性能间的平衡，本文以具有环醚刚性的生物基2,5-四氢呋喃二甲醇(THFDM)为改性单元，采用熔融酯交换缩聚法成功制备了高分子量聚(碳酸1,4-环己烷二甲醇酯-co-碳酸2,5-四氢呋喃二甲醇酯)(PCThC)共聚物。通过NMR探究共聚物的组成和微观结构，证实了共聚物组分间的无规分布；DSC和WAXD结果表明，THFDM单元的引入破坏了PCThC分子链的规整排列，使其结晶能力降低，共聚物从半结晶型过渡到无定型。THFDM中的刚性环结构有效阻止了共聚物Tg的快速下降，保持其较好的热稳定性；THFDM分子中的环结构赋予了聚合物更高的刚度，提高了聚合物的力学性能；此外，THFDM中的醚键改善了PCThC共聚物的亲水性，加快了水解速率，不论是在酸性或碱性缓冲溶液中，共聚物均表现出一定的降解能力。
1,4-环己烷二甲醇基聚碳酸酯具有优异的热力学性能，但因其降解性能的影响，商业应用受到极大的限制。向其分子链中引入脂肪族单元可以有效提高降解能力，但却以牺牲其热力学性能为代价。因此，为了维持热力学与降解性能间的平衡，本文以具有环醚刚性的生物基2,5-四氢呋喃二甲醇(THFDM)为改性单元，采用熔融酯交换缩聚法成功制备了高分子量聚(碳酸1,4-环己烷二甲醇酯-co-碳酸2,5-四氢呋喃二甲醇酯)(PCThC)共聚物。通过NMR探究共聚物的组成和微观结构，证实了共聚物组分间的无规分布；DSC和WAXD结果表明，THFDM单元的引入破坏了PCThC分子链的规整排列，使其结晶能力降低，共聚物从半结晶型过渡到无定型。THFDM中的刚性环结构有效阻止了共聚物Tg的快速下降，保持其较好的热稳定性；THFDM分子中的环结构赋予了聚合物更高的刚度，提高了聚合物的力学性能；此外，THFDM中的醚键改善了PCThC共聚物的亲水性，加快了水解速率，不论是在酸性或碱性缓冲溶液中，共聚物均表现出一定的降解能力。
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为了探究不同结构的纳米粒子对聚乙二醇(PEG)基相变复合材料形状稳定性及光电转换效率的影响，本文将碳纳米管(CNTs)分别与氮化硼(BN)、三氧化二铝(Al2O3)以及铜粉(Cu)通过物理杂化的方式制备了PEG/PLA/CNT/X(y)相变储能复合材料。通过导电数据分析发现，Al2O3和Cu纳米填料的加入对PEG/PLA/CNT/X(y)复合材料的导电性能影响较小，使复合材料仍然具有较高的导电性能；而BN的引入使复合材料的导电性能急剧下降，当BN的质量含量比达到40%时，PEG60-PLA40-CNT0.6-BN40复合材料的电导率仅为8.71×10-7 S/m，呈现出明显的绝缘性。通过SEM和EDS能谱发现， Al2O3纳米粒子在复合材料内部均匀分布，当Al2O3质量含量比为40%时，PEG60-PLA40-CNT0.6-Al2O3(40)复合材料热导率和增强因子(\begin{document}$ \varPhi $\end{document} \begin{document}$ \eta $\end{document} \begin{document}$ \eta $\end{document} \begin{document}$ $\end{document}
为了探究不同结构的纳米粒子对聚乙二醇(PEG)基相变复合材料形状稳定性及光电转换效率的影响，本文将碳纳米管(CNTs)分别与氮化硼(BN)、三氧化二铝(Al2O3)以及铜粉(Cu)通过物理杂化的方式制备了PEG/PLA/CNT/X(y)相变储能复合材料。通过导电数据分析发现，Al2O3和Cu纳米填料的加入对PEG/PLA/CNT/X(y)复合材料的导电性能影响较小，使复合材料仍然具有较高的导电性能；而BN的引入使复合材料的导电性能急剧下降，当BN的质量含量比达到40%时，PEG60-PLA40-CNT0.6-BN40复合材料的电导率仅为8.71×10-7 S/m，呈现出明显的绝缘性。通过SEM和EDS能谱发现， Al2O3纳米粒子在复合材料内部均匀分布，当Al2O3质量含量比为40%时，PEG60-PLA40-CNT0.6-Al2O3(40)复合材料热导率和增强因子(
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开发新型药物控释复合材料在医药、农业等领域具有重要意义。以壳聚糖和海藻酸钠(CS-Alg)凝胶网络为载体，使用原位氧化法将聚吡咯(PPy)引入其中，制备出PPy/CS-Alg复合缓释材料。通过SEM、FT-IR、XPS、UV-vis-NIR对其微观结构、结构组成、光热转换性能进行了研究，并以吲哚丁酸(IBA)为模型药物分子，研究了其缓释性能。结果表明，PPy/CS-Alg微球的多孔微观形貌有利于IBA的装载和释放，原位氧化形成的氧化态PPy在CS-Alg凝胶网络可缓慢还原，并从带正电状态变为不带电状态，该种带电状态的改变，可促使IBA从PPy/CS-Alg微球的凝胶网络中缓慢释放，长效释放率可达到56.12%。另外基于PPy的光热效应，模拟太阳光照射下PPy/CS-Alg微球的温度可从26 ℃最高上升到39 ℃，这有利于在微球内部到外部形成温度梯度，进一步增强IBA的缓释能力。以PPy的缓慢还原和光热效应开发的植物生长素IBA控释材料在农业领域具有广阔的应用前景。
开发新型药物控释复合材料在医药、农业等领域具有重要意义。以壳聚糖和海藻酸钠(CS-Alg)凝胶网络为载体，使用原位氧化法将聚吡咯(PPy)引入其中，制备出PPy/CS-Alg复合缓释材料。通过SEM、FT-IR、XPS、UV-vis-NIR对其微观结构、结构组成、光热转换性能进行了研究，并以吲哚丁酸(IBA)为模型药物分子，研究了其缓释性能。结果表明，PPy/CS-Alg微球的多孔微观形貌有利于IBA的装载和释放，原位氧化形成的氧化态PPy在CS-Alg凝胶网络可缓慢还原，并从带正电状态变为不带电状态，该种带电状态的改变，可促使IBA从PPy/CS-Alg微球的凝胶网络中缓慢释放，长效释放率可达到56.12%。另外基于PPy的光热效应，模拟太阳光照射下PPy/CS-Alg微球的温度可从26 ℃最高上升到39 ℃，这有利于在微球内部到外部形成温度梯度，进一步增强IBA的缓释能力。以PPy的缓慢还原和光热效应开发的植物生长素IBA控释材料在农业领域具有广阔的应用前景。
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传统治疗肿瘤的方式包括手术、放疗和化疗。手术治疗创伤大、易复发，放疗周期过长，尽管化疗被认为是消灭肿瘤细胞的首选但其存在着明显的毒副作用，长期化疗会严重影响患者的生存质量。因而，设计一种响应性功能载体实现抗肿瘤药物的高效运输及协同抑瘤在临床上具有广阔的前景。本研究以CuS为光热剂，采用溶剂热及去模板法在CuS表面包被上介孔二氧化硅(mSiO2)，借助mSiO2的大比表面积制备出高负载盐酸阿霉素(DOX)的纳米药物体系(CuS@mSiO2-DOX)。XRD、UV-Vis、SEM、TEM及DLS结果证实成功的合成了颗粒尺寸约为300-400 nm的CuS@mSiO2-DOX纳米体系，且DOX的负载效率可高达99.76%。CuS@mSiO2-DOX在pH=5.5、t=45℃的条件下24 h时药物释放率达到63.44%，相比正常生理环境(pH=7.4、t=35℃)释放率提高了近20倍，呈现出明显的pH及温度响应释放特性。对纳米载药体系CuS@mSiO2的光热性能及体外细胞毒性进行了测试，结果显示CuS@mSiO2 表现出良好的光热稳定性、光热转换效率达到31.67%，且对正常的人肝细胞(HL-7702)呈低毒性。CuS@mSiO2纳米体系具有较好的生物相容性、良好的光热转换及载药性能，吸附DOX后体系表现出优异的pH及激光响应型药物控释性能，在联合光热-化疗协同抗肿瘤领域有望得到广泛应用。
传统治疗肿瘤的方式包括手术、放疗和化疗。手术治疗创伤大、易复发，放疗周期过长，尽管化疗被认为是消灭肿瘤细胞的首选但其存在着明显的毒副作用，长期化疗会严重影响患者的生存质量。因而，设计一种响应性功能载体实现抗肿瘤药物的高效运输及协同抑瘤在临床上具有广阔的前景。本研究以CuS为光热剂，采用溶剂热及去模板法在CuS表面包被上介孔二氧化硅(mSiO2)，借助mSiO2的大比表面积制备出高负载盐酸阿霉素(DOX)的纳米药物体系(CuS@mSiO2-DOX)。XRD、UV-Vis、SEM、TEM及DLS结果证实成功的合成了颗粒尺寸约为300-400 nm的CuS@mSiO2-DOX纳米体系，且DOX的负载效率可高达99.76%。CuS@mSiO2-DOX在pH=5.5、t=45℃的条件下24 h时药物释放率达到63.44%，相比正常生理环境(pH=7.4、t=35℃)释放率提高了近20倍，呈现出明显的pH及温度响应释放特性。对纳米载药体系CuS@mSiO2的光热性能及体外细胞毒性进行了测试，结果显示CuS@mSiO2 表现出良好的光热稳定性、光热转换效率达到31.67%，且对正常的人肝细胞(HL-7702)呈低毒性。CuS@mSiO2纳米体系具有较好的生物相容性、良好的光热转换及载药性能，吸附DOX后体系表现出优异的pH及激光响应型药物控释性能，在联合光热-化疗协同抗肿瘤领域有望得到广泛应用。
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为了研究玄武岩纤维增强泡沫混凝土的细观结构特征和不同纤维掺量对其损伤特性的影响，本文对密度等级1000 kg/cm3的玄武岩纤维增强泡沫混凝土开展了X-CT试验及单轴压缩-声发射联合试验，基于Avizo图像处理以及声发射\begin{document}$ {b}_{\mathrm{i}} $\end{document} \begin{document}$ {b}_{\mathrm{i}} $\end{document}
为了研究玄武岩纤维增强泡沫混凝土的细观结构特征和不同纤维掺量对其损伤特性的影响，本文对密度等级1000 kg/cm3的玄武岩纤维增强泡沫混凝土开展了X-CT试验及单轴压缩-声发射联合试验，基于Avizo图像处理以及声发射
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针对飞行器的极端防隔热承载需求，以正交三向石英纤维预制体为增强体、高强度纳米孔酚醛树脂为基体，制备出正交三向纤维增强纳米孔树脂基复合材料(3DIPC)。所制备的3DIPC具有中等密度(~1.46 g·cm−3)、较低的室温热导率(<0.30 W·(m·K)−1)和线烧蚀率(~0.15 mm·s−1)以及优异的力学性能(拉伸强度 >400 MPa，压缩强度 >390 MPa，弯曲强度 >300 MPa，层间剪切强度 >30 MPa)。通过调整不同方向纱线的细度，系统地研究了纤维预制体细观结构改变对3DIPC力学性能的影响。结果表明，增大Z纱的细度可以提高3DIPC的压缩模量和层间剪切强度，但会导致其拉伸性能与压缩强度的降低；增大经纱的细度可以提高材料经向的拉伸与弯曲性能，但纬向的拉伸与弯曲性能呈降低趋势。最后，基于3DIPC的实际形貌建立了包含表面与内部结构的细观有限元模型，并结合复合材料的渐进损伤模型，采用ABAQUS有限元软件模拟了3DIPC的拉伸失效行为。结果表明，3DIPC的损伤始于纱线中的基体处，并随应变的增加扩展至纯基体与纤维。3DIPC的经纬向拉伸失效分别是由经向和纬向纤维断裂主导的，且表面Z纱和表面纬纱的纤维断裂是造成3DIPC在纬向拉伸前期损伤的主要原因。
针对飞行器的极端防隔热承载需求，以正交三向石英纤维预制体为增强体、高强度纳米孔酚醛树脂为基体，制备出正交三向纤维增强纳米孔树脂基复合材料(3DIPC)。所制备的3DIPC具有中等密度(~1.46 g·cm−3)、较低的室温热导率(<0.30 W·(m·K)−1)和线烧蚀率(~0.15 mm·s−1)以及优异的力学性能(拉伸强度 >400 MPa，压缩强度 >390 MPa，弯曲强度 >300 MPa，层间剪切强度 >30 MPa)。通过调整不同方向纱线的细度，系统地研究了纤维预制体细观结构改变对3DIPC力学性能的影响。结果表明，增大Z纱的细度可以提高3DIPC的压缩模量和层间剪切强度，但会导致其拉伸性能与压缩强度的降低；增大经纱的细度可以提高材料经向的拉伸与弯曲性能，但纬向的拉伸与弯曲性能呈降低趋势。最后，基于3DIPC的实际形貌建立了包含表面与内部结构的细观有限元模型，并结合复合材料的渐进损伤模型，采用ABAQUS有限元软件模拟了3DIPC的拉伸失效行为。结果表明，3DIPC的损伤始于纱线中的基体处，并随应变的增加扩展至纯基体与纤维。3DIPC的经纬向拉伸失效分别是由经向和纬向纤维断裂主导的，且表面Z纱和表面纬纱的纤维断裂是造成3DIPC在纬向拉伸前期损伤的主要原因。
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以玻璃纤维增强复合材料(GFRP)为面层，轻木(balsa)为芯材的GFRP-balsa夹芯结构在基础设施领域的应用范围不断扩大，但GFRP-balsa夹芯结构具有粘弹性，易于发生蠕变变形。为此，在温度为(25±1)°C，相对湿度为55%±5%的环境下，利用自主设计的弯曲蠕变加载装置对GFRP-balsa夹芯梁在20%、25%和30%荷载等级下的三点弯曲蠕变性能进行了3000~8760 h的测试，并利用多种模型对GFRP-balsa夹芯梁的蠕变响应进行了模拟和预测。结果表明：在试验荷载等级下，GFRP-balsa夹芯梁表现出线性粘弹性；弯曲蠕变对GFRP-balsa夹芯梁的跨中挠度具有重要影响，所有试件在3000 h的蠕变系数均不小于0.35；Findley模型适用于单一荷载等级下GFRP-balsa夹芯梁时变总挠度的拟合，在3000 h的拟合值与试验值之间的最大相对误差仅为0.7%；Bailey-Norton模型和通用幂次律模型分别适用于荷载等级不超过30%的GFRP-balsa夹芯梁蠕变挠度和时变总挠度的预测，在一年时，Bailey-Norton模型和通用幂次律模型预测值与试验值之间的最大相对误差分别为8.3%和5.9%。
以玻璃纤维增强复合材料(GFRP)为面层，轻木(balsa)为芯材的GFRP-balsa夹芯结构在基础设施领域的应用范围不断扩大，但GFRP-balsa夹芯结构具有粘弹性，易于发生蠕变变形。为此，在温度为(25±1)°C，相对湿度为55%±5%的环境下，利用自主设计的弯曲蠕变加载装置对GFRP-balsa夹芯梁在20%、25%和30%荷载等级下的三点弯曲蠕变性能进行了3000~8760 h的测试，并利用多种模型对GFRP-balsa夹芯梁的蠕变响应进行了模拟和预测。结果表明：在试验荷载等级下，GFRP-balsa夹芯梁表现出线性粘弹性；弯曲蠕变对GFRP-balsa夹芯梁的跨中挠度具有重要影响，所有试件在3000 h的蠕变系数均不小于0.35；Findley模型适用于单一荷载等级下GFRP-balsa夹芯梁时变总挠度的拟合，在3000 h的拟合值与试验值之间的最大相对误差仅为0.7%；Bailey-Norton模型和通用幂次律模型分别适用于荷载等级不超过30%的GFRP-balsa夹芯梁蠕变挠度和时变总挠度的预测，在一年时，Bailey-Norton模型和通用幂次律模型预测值与试验值之间的最大相对误差分别为8.3%和5.9%。
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基于微波烧结的特点，设计了复杂刃形TiB2基陶瓷刀具的结构参数。利用有限元仿真，研究了在车削球墨铸铁QT450时刀具结构参数对车削力和车削温度的影响。确定了复杂刃形TiB2基陶瓷刀具的最优刀具前角为5°、后角为6°、刀尖圆弧半径为0.8 mm。采用微波烧结技术制备了复杂刃形TiB2基陶瓷刀具，研究了压制压力和保压时间对复杂刃形TiB2基陶瓷刀具的相对密度、力学性能和微观组织的影响。结果表明，压制压力对晶粒的异常生长影响较大，合理的压制压力可以抑制晶粒的异常长大，改善刀具断裂模式，进而提高刀具性能。合理的保压时间可以使刀具表面的白色相分局均匀，防止聚集，这有利于刀具断裂韧度的提高。在压制压力为200 MPa，保压时间为4 min时，刀具各部位尺寸收缩率较为平均，成形精度较高，致密度最高，微观组织更加均匀，晶粒排列更加紧密，综合力学性能最优。
基于微波烧结的特点，设计了复杂刃形TiB2基陶瓷刀具的结构参数。利用有限元仿真，研究了在车削球墨铸铁QT450时刀具结构参数对车削力和车削温度的影响。确定了复杂刃形TiB2基陶瓷刀具的最优刀具前角为5°、后角为6°、刀尖圆弧半径为0.8 mm。采用微波烧结技术制备了复杂刃形TiB2基陶瓷刀具，研究了压制压力和保压时间对复杂刃形TiB2基陶瓷刀具的相对密度、力学性能和微观组织的影响。结果表明，压制压力对晶粒的异常生长影响较大，合理的压制压力可以抑制晶粒的异常长大，改善刀具断裂模式，进而提高刀具性能。合理的保压时间可以使刀具表面的白色相分局均匀，防止聚集，这有利于刀具断裂韧度的提高。在压制压力为200 MPa，保压时间为4 min时，刀具各部位尺寸收缩率较为平均，成形精度较高，致密度最高，微观组织更加均匀，晶粒排列更加紧密，综合力学性能最优。
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根据ASTM 5961试验标准设计了复合材料单搭沉头螺栓接头试件，通过试验和仿真分析了螺栓预紧力水平对其静拉伸性能影响规律。试件为准各向同性铺层的碳纤维环氧树脂层合板，试验过程中利用非接触全场应变测量系统(2D DIC)对沉头板表面应变场数据进行了采集。基于ABAQUS/Standard隐式分析模块建立了复合材料单搭沉头螺栓接头的静拉伸三维有限元模型，分析了螺栓预紧力和摩擦系数对沉头孔周挤压应力的影响规律。结果表明：当接头承受拉伸载荷时，沉头孔周区域受螺栓挤压损伤最为严重；增加螺栓预紧力可提高螺栓孔2%变形的承载强度，但对接头极限承载强度的提升效果较小。有限元应力分析表明，增加螺栓预紧力或增大层合板之间的摩擦系数均有利于减轻孔周应力集中程度，提高复合材料单搭沉头螺栓接头的承载性能。
根据ASTM 5961试验标准设计了复合材料单搭沉头螺栓接头试件，通过试验和仿真分析了螺栓预紧力水平对其静拉伸性能影响规律。试件为准各向同性铺层的碳纤维环氧树脂层合板，试验过程中利用非接触全场应变测量系统(2D DIC)对沉头板表面应变场数据进行了采集。基于ABAQUS/Standard隐式分析模块建立了复合材料单搭沉头螺栓接头的静拉伸三维有限元模型，分析了螺栓预紧力和摩擦系数对沉头孔周挤压应力的影响规律。结果表明：当接头承受拉伸载荷时，沉头孔周区域受螺栓挤压损伤最为严重；增加螺栓预紧力可提高螺栓孔2%变形的承载强度，但对接头极限承载强度的提升效果较小。有限元应力分析表明，增加螺栓预紧力或增大层合板之间的摩擦系数均有利于减轻孔周应力集中程度，提高复合材料单搭沉头螺栓接头的承载性能。
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为了获得具有红光发射的上转换纳米材料，以实现深层生物成像的应用，采用热分解法制备了一系列Tm3+/Ho3+掺杂NaErF4 @ NaYF4核壳上转换纳米晶，并对其形貌、结构和发光性能进行了表征。结果表明，所制备NaErF4，NaErF4:Tm3+和NaErF4:Ho3+裸核均为六方相结构，呈现良好的球形形貌，平均粒径分别为23.19 nm，28.01 nm，27.89 nm。包覆NaYF4惰性壳层后，样品晶型没有改变，形貌变为短棒状，平均长度增大至38.51 nm，37.82 nm，42.65 nm。在980 nm近红外光激发下，由于Er3+的4F9/2→4I15/2跃迁，所制备NaErF4，NaErF4:Tm3+和NaErF4:Ho3+裸核均呈现明显的红光发射，且包覆NaYF4惰性壳层后，发光强度和荧光寿命都明显增加，特别是NaErF4@NaYF4核壳样品的发光强度约是NaErF4裸核的1787倍，荧光寿命达到2.04 ms。此外，与NaErF4@NaYF4纳米棒相比，NaErF4:Tm3+/Ho3+@NaYF4体系中的Tm3+、Ho3+充当了能量捕获中心且与Er3+之间发生能量传递，使其具有更大的红绿发射峰比值(R/G)，发光颜色更趋近于红色，与CIE色坐标颜色区域相一致。最后，根据发光强度与激发功率的关系，详细分析了上转换纳米晶的发光增强机制以及可能存在的能量传递过程。
为了获得具有红光发射的上转换纳米材料，以实现深层生物成像的应用，采用热分解法制备了一系列Tm3+/Ho3+掺杂NaErF4 @ NaYF4核壳上转换纳米晶，并对其形貌、结构和发光性能进行了表征。结果表明，所制备NaErF4，NaErF4:Tm3+和NaErF4:Ho3+裸核均为六方相结构，呈现良好的球形形貌，平均粒径分别为23.19 nm，28.01 nm，27.89 nm。包覆NaYF4惰性壳层后，样品晶型没有改变，形貌变为短棒状，平均长度增大至38.51 nm，37.82 nm，42.65 nm。在980 nm近红外光激发下，由于Er3+的4F9/2→4I15/2跃迁，所制备NaErF4，NaErF4:Tm3+和NaErF4:Ho3+裸核均呈现明显的红光发射，且包覆NaYF4惰性壳层后，发光强度和荧光寿命都明显增加，特别是NaErF4@NaYF4核壳样品的发光强度约是NaErF4裸核的1787倍，荧光寿命达到2.04 ms。此外，与NaErF4@NaYF4纳米棒相比，NaErF4:Tm3+/Ho3+@NaYF4体系中的Tm3+、Ho3+充当了能量捕获中心且与Er3+之间发生能量传递，使其具有更大的红绿发射峰比值(R/G)，发光颜色更趋近于红色，与CIE色坐标颜色区域相一致。最后，根据发光强度与激发功率的关系，详细分析了上转换纳米晶的发光增强机制以及可能存在的能量传递过程。
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采用稻壳灰为主要胶凝材料并掺入橡胶颗粒作为人工缺陷，制备低碳环保型的高延性水泥基复合材料(Rice Husk Ash and Crumb Rubbers Engineered Cementitious Composites, CR-RHA/ECC)。通过宏观力学性能与微观实验，研究不同养护龄期下(7 d和28 d)橡胶掺入量(0, 10%, 20%, 30%)对CR-RHA/ECC延性和开裂特性的影响。结果表明：随着龄期的增长，CR-RHA/ECC的延性存在较大差异，CR替代10%河砂使CR-RHA/ECC的7 d龄期延性削弱了54%，而使CR-RHA/ECC的28d龄期增长了67%，随着龄期增长(28d龄期)，CR替代30%河砂可使CR-RHA/ECC的延性达6%，此时CR-RHA/ECC相较于无CR替代河砂组CR-RHA/ECC的拉伸裂缝宽度减小了53%。
采用稻壳灰为主要胶凝材料并掺入橡胶颗粒作为人工缺陷，制备低碳环保型的高延性水泥基复合材料(Rice Husk Ash and Crumb Rubbers Engineered Cementitious Composites, CR-RHA/ECC)。通过宏观力学性能与微观实验，研究不同养护龄期下(7 d和28 d)橡胶掺入量(0, 10%, 20%, 30%)对CR-RHA/ECC延性和开裂特性的影响。结果表明：随着龄期的增长，CR-RHA/ECC的延性存在较大差异，CR替代10%河砂使CR-RHA/ECC的7 d龄期延性削弱了54%，而使CR-RHA/ECC的28d龄期增长了67%，随着龄期增长(28d龄期)，CR替代30%河砂可使CR-RHA/ECC的延性达6%，此时CR-RHA/ECC相较于无CR替代河砂组CR-RHA/ECC的拉伸裂缝宽度减小了53%。
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负泊松比蜂窝结构具有优良的力学性能，本文开发并对比了两种多输入多输出的人工神经网络模型(ANN)，用于预测不同几何参数下负泊松比蜂窝结构的能量吸收特性。采用蜂窝胞元的胞角\begin{document}$\theta $\end{document} \begin{document}$ L/H $\end{document} \begin{document}$ t $\end{document} \begin{document}$\theta $\end{document} \begin{document}$t$\end{document} \begin{document}$ L/H $\end{document} \begin{document}$ L/H $\end{document} \begin{document}$t$\end{document} \begin{document}$ L/H $\end{document}
负泊松比蜂窝结构具有优良的力学性能，本文开发并对比了两种多输入多输出的人工神经网络模型(ANN)，用于预测不同几何参数下负泊松比蜂窝结构的能量吸收特性。采用蜂窝胞元的胞角
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层状双氢氧化物-生物炭(LDH-BC)复合材料，作为一种新型生物炭基复合纳米材料，在废水处理中展现了优异的污染物吸附和催化降解性能。本篇综述全面系统地总结LDH-BC复合材料的相关研究进展，为日后研究方向提供指导。研究内容综述了LDH-BC复合材料合成方法，改性策略和复合材料在废水处理中的应用及机制。展望部分提出LDH-BC复合材料存在具体组分降解路径不清晰、复合污染物体系应用较少、缺少现场规模试验等问题，接下来应针对以上问题进行深化拓展以推动LDH-BC复合材料的研究与应用。
层状双氢氧化物-生物炭(LDH-BC)复合材料，作为一种新型生物炭基复合纳米材料，在废水处理中展现了优异的污染物吸附和催化降解性能。本篇综述全面系统地总结LDH-BC复合材料的相关研究进展，为日后研究方向提供指导。研究内容综述了LDH-BC复合材料合成方法，改性策略和复合材料在废水处理中的应用及机制。展望部分提出LDH-BC复合材料存在具体组分降解路径不清晰、复合污染物体系应用较少、缺少现场规模试验等问题，接下来应针对以上问题进行深化拓展以推动LDH-BC复合材料的研究与应用。
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针对传统膨胀石墨阻燃木塑复合材料(WPCs)阻燃剂添加量高、力学性能变差的问题，本研究以杨木木粉(WF)、高密度聚乙烯(HDPE)、膨胀石墨(EG)与纳米二氧化硅(n-SiO2)为主要原料，通过层积热压工艺和结构优化设计制备了具有多层夹芯结构的阻燃增强木塑复合材料。采用锥形量热仪、垂直燃烧测试仪、极限氧指数仪和万能力学试验机分别探究了单层、双层和三层夹芯结构对木塑复合材料阻燃和力学性能的影响。结果表明，相比于对照组(WPC-0)，阻燃层中EG和增强层中n-SiO2的含量分别为10%和5%时，双层和三层夹芯结构木塑复合材料的热释放速率和总热释放、烟释放速率和总烟释放均有显著降低，残余物质量明显提升。其中三层夹芯结构木塑复合材料(WPC-E3B)的LOI值由20.8%提高至30.6%，UL-94达到V-0级。此外，相较于WPC-0，三层夹芯结构木塑复合材料(WPC-E3B)的冲击强度提升了61.9%，拉伸与弯曲强度分别提高了16.2%和13.4%。
针对传统膨胀石墨阻燃木塑复合材料(WPCs)阻燃剂添加量高、力学性能变差的问题，本研究以杨木木粉(WF)、高密度聚乙烯(HDPE)、膨胀石墨(EG)与纳米二氧化硅(n-SiO2)为主要原料，通过层积热压工艺和结构优化设计制备了具有多层夹芯结构的阻燃增强木塑复合材料。采用锥形量热仪、垂直燃烧测试仪、极限氧指数仪和万能力学试验机分别探究了单层、双层和三层夹芯结构对木塑复合材料阻燃和力学性能的影响。结果表明，相比于对照组(WPC-0)，阻燃层中EG和增强层中n-SiO2的含量分别为10%和5%时，双层和三层夹芯结构木塑复合材料的热释放速率和总热释放、烟释放速率和总烟释放均有显著降低，残余物质量明显提升。其中三层夹芯结构木塑复合材料(WPC-E3B)的LOI值由20.8%提高至30.6%，UL-94达到V-0级。此外，相较于WPC-0，三层夹芯结构木塑复合材料(WPC-E3B)的冲击强度提升了61.9%，拉伸与弯曲强度分别提高了16.2%和13.4%。
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首先采用微观X射线计算断层扫描(Micro X-ray computed tomography, XCT)对四枚20 mm立方体三维编织碳/碳(Carbon fiber reinforced carbon, C/C)复合材料试件进行扫描，获得精度为18 μm的内部微观结构图像；然后采用基于深度学习的语义分割算法，对大量二维XCT图像进行训练，实现对试件三维微观组分(碳棒、碳纤维束和基体)和缺陷(孔洞、分层和裂纹)的智能识别和分割。结果表明：(1) 微观XCT扫描能够高精度表征三维编织C/C复合材料内部组分和缺陷的分布和形态，主要缺陷为相邻纤维束层之间的分层；(2)由于C/C复合材料各微观组分均为碳材料，在CT图像中灰度值相同(或十分接近)，难以采用传统阈值算法进行分割；深度学习算法能够有效过滤噪声与伪影并自动精准分割各组分和缺陷，且预测速度比人工图像标注高约两个数量级。本工作对三维编织C/C复合材料后续微细观建模和性能优化奠定了基础。
首先采用微观X射线计算断层扫描(Micro X-ray computed tomography, XCT)对四枚20 mm立方体三维编织碳/碳(Carbon fiber reinforced carbon, C/C)复合材料试件进行扫描，获得精度为18 μm的内部微观结构图像；然后采用基于深度学习的语义分割算法，对大量二维XCT图像进行训练，实现对试件三维微观组分(碳棒、碳纤维束和基体)和缺陷(孔洞、分层和裂纹)的智能识别和分割。结果表明：(1) 微观XCT扫描能够高精度表征三维编织C/C复合材料内部组分和缺陷的分布和形态，主要缺陷为相邻纤维束层之间的分层；(2)由于C/C复合材料各微观组分均为碳材料，在CT图像中灰度值相同(或十分接近)，难以采用传统阈值算法进行分割；深度学习算法能够有效过滤噪声与伪影并自动精准分割各组分和缺陷，且预测速度比人工图像标注高约两个数量级。本工作对三维编织C/C复合材料后续微细观建模和性能优化奠定了基础。
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拉伸工艺是影响芳纶纸蜂窝孔格形态最关键的工序之一。本研究基于纳米压痕法确定了芯条胶粘弹性力学本构关系，建立了芳纶纸蜂窝双边拉伸工艺有限元模型。通过蜂窝拉伸-保载实验验证了该模型的有效性。研究发现，芯条胶的应力松弛行为导致了蜂窝两端孔格内切圆直径增大，使得蜂窝中部孔格内切圆直径减小。同时，在保载过程中纸-胶粘接处孔格粘结圆角半径减小导致蜂窝孔格内角减小。最后，基于该有限元模型探索了涂胶工艺参数对拉伸后蜂窝孔格尺寸的影响规律。研究表明涂胶宽度和涂胶厚度的增加会导致蜂窝孔格内切圆直径的减小，而蜂窝孔格内角仅受涂胶宽度的影响，随涂胶宽度的增加而增大。
拉伸工艺是影响芳纶纸蜂窝孔格形态最关键的工序之一。本研究基于纳米压痕法确定了芯条胶粘弹性力学本构关系，建立了芳纶纸蜂窝双边拉伸工艺有限元模型。通过蜂窝拉伸-保载实验验证了该模型的有效性。研究发现，芯条胶的应力松弛行为导致了蜂窝两端孔格内切圆直径增大，使得蜂窝中部孔格内切圆直径减小。同时，在保载过程中纸-胶粘接处孔格粘结圆角半径减小导致蜂窝孔格内角减小。最后，基于该有限元模型探索了涂胶工艺参数对拉伸后蜂窝孔格尺寸的影响规律。研究表明涂胶宽度和涂胶厚度的增加会导致蜂窝孔格内切圆直径的减小，而蜂窝孔格内角仅受涂胶宽度的影响，随涂胶宽度的增加而增大。
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本研究旨在深入探讨温度和孔隙率对不同纤维体积分数单向碳纤维增强环氧树脂基复合材料横向拉伸方面的力学行为的影响。为此，本文发展了基于最大偏置方法的代表性体积单元(RVE)生成算法，构建了一系列不同纤维体积分数和孔隙率的高保真的单向复合材料RVE模型。为解决损伤模型的局部化以及克服传统有限元(FEM)方法低效率的弊端，本文提出了一种耦合非局部损伤模型的快速傅里叶变换(FFT)方法计算框架，基于该计算框架通过对已报道的模型和结果进行对比分析，验证了本文所提出的计算框架具有很好的准确性和可靠性。在此基础上，深入研究了温度、孔隙率和纤维体积分数对复合材料在横向拉伸性能方面的影响规律。具体而言，随着温度的升高，复合材料的横向拉伸强度和模量呈现出下降的趋势，随着孔隙率的增加，复合材料的横向拉伸强度和模量均呈现出显著降低的趋势。此外，随着纤维体积分数的增加，复合材料的横向模量显著增加，而拉伸强度则基本保持一致。本研究提出的计算框架和研究结果有望在复合材料的设计和制造中发挥重要的指导作用，以提升材料的性能和可靠性。
本研究旨在深入探讨温度和孔隙率对不同纤维体积分数单向碳纤维增强环氧树脂基复合材料横向拉伸方面的力学行为的影响。为此，本文发展了基于最大偏置方法的代表性体积单元(RVE)生成算法，构建了一系列不同纤维体积分数和孔隙率的高保真的单向复合材料RVE模型。为解决损伤模型的局部化以及克服传统有限元(FEM)方法低效率的弊端，本文提出了一种耦合非局部损伤模型的快速傅里叶变换(FFT)方法计算框架，基于该计算框架通过对已报道的模型和结果进行对比分析，验证了本文所提出的计算框架具有很好的准确性和可靠性。在此基础上，深入研究了温度、孔隙率和纤维体积分数对复合材料在横向拉伸性能方面的影响规律。具体而言，随着温度的升高，复合材料的横向拉伸强度和模量呈现出下降的趋势，随着孔隙率的增加，复合材料的横向拉伸强度和模量均呈现出显著降低的趋势。此外，随着纤维体积分数的增加，复合材料的横向模量显著增加，而拉伸强度则基本保持一致。本研究提出的计算框架和研究结果有望在复合材料的设计和制造中发挥重要的指导作用，以提升材料的性能和可靠性。
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摘要:
受纤维缠绕成型工艺和封头段变曲率/厚度等的影响，复合材料压力容器封头段受力状态较为复杂，实现对封头段缠绕层厚度的逐层精准预测，对于构建高精度有限元模型、指导工程应用具有重要意义。针对上述问题，本文基于双公式法及三次样条函数法，发展了一种复合材料压力容器封头缠绕层厚度逐层预测方法，研究了极孔半径、单层纱带厚度和缠绕层数对封头厚度和赤道圆处缠绕角的影响。结果表明：随着极孔半径增大及单层纱带厚度减小，封头段纤维缠绕层厚度极值逐渐减小，赤道圆处缠绕角度的变化随极孔半径与单层纱带厚度减小逐层减小；进一步地，通过对比封头段每层缠绕层厚度，发现各缠绕层厚度由内层到外层随着平行圆半径增大呈现先变大后减小最终趋于相同的趋势。
受纤维缠绕成型工艺和封头段变曲率/厚度等的影响，复合材料压力容器封头段受力状态较为复杂，实现对封头段缠绕层厚度的逐层精准预测，对于构建高精度有限元模型、指导工程应用具有重要意义。针对上述问题，本文基于双公式法及三次样条函数法，发展了一种复合材料压力容器封头缠绕层厚度逐层预测方法，研究了极孔半径、单层纱带厚度和缠绕层数对封头厚度和赤道圆处缠绕角的影响。结果表明：随着极孔半径增大及单层纱带厚度减小，封头段纤维缠绕层厚度极值逐渐减小，赤道圆处缠绕角度的变化随极孔半径与单层纱带厚度减小逐层减小；进一步地，通过对比封头段每层缠绕层厚度，发现各缠绕层厚度由内层到外层随着平行圆半径增大呈现先变大后减小最终趋于相同的趋势。
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针对现有飞机复合材料蒙皮设计难以兼顾承载性能和吸波性能的问题，凭借碳纤维预浸料独特的力电特性，基于阻抗渐变原理设计了具有优异吸波性能的梯度碳纤维阵列，赋予结构吸波性能；利用碳纤维底板优异的承载性能，进行力学性能的增强设计。通过玻璃纤维层合结构(Glass Fiber Laminated Structure, GFLS)电磁和承载性能的双增强设计，构造了吸波/承载一体化层合结构(Integrated Laminated Structure, ILS)。电磁仿真和试验结果表明，结构实现了薄厚度下(<5 mm)宽频段(5-18 GHz)、大角度(0-70°)、高强度(平均吸收率>94%)的吸波效果。通过吸波机制研究发现了结构的谐振频率与碳纤维宽度成反比，碳纤维宽度逐层渐变的设计使结构在较宽频段范围内产生多个相近的强吸收频点，从而实现了宽频高强吸波。弯曲性能试验结果表明，一体化层合结构的比弯曲强度和比刚度相较同尺寸的玻璃纤维层合结构分别提升了86.8%和76.3%。本文通过在玻璃纤维预浸料铺层中引入碳纤维预浸料并进行结构构型设计，可实现结构吸波性能和承载性能的大幅增强，为飞机蒙皮的轻质隐身承载一体化设计提供了一种新的解决方案。
针对现有飞机复合材料蒙皮设计难以兼顾承载性能和吸波性能的问题，凭借碳纤维预浸料独特的力电特性，基于阻抗渐变原理设计了具有优异吸波性能的梯度碳纤维阵列，赋予结构吸波性能；利用碳纤维底板优异的承载性能，进行力学性能的增强设计。通过玻璃纤维层合结构(Glass Fiber Laminated Structure, GFLS)电磁和承载性能的双增强设计，构造了吸波/承载一体化层合结构(Integrated Laminated Structure, ILS)。电磁仿真和试验结果表明，结构实现了薄厚度下(<5 mm)宽频段(5-18 GHz)、大角度(0-70°)、高强度(平均吸收率>94%)的吸波效果。通过吸波机制研究发现了结构的谐振频率与碳纤维宽度成反比，碳纤维宽度逐层渐变的设计使结构在较宽频段范围内产生多个相近的强吸收频点，从而实现了宽频高强吸波。弯曲性能试验结果表明，一体化层合结构的比弯曲强度和比刚度相较同尺寸的玻璃纤维层合结构分别提升了86.8%和76.3%。本文通过在玻璃纤维预浸料铺层中引入碳纤维预浸料并进行结构构型设计，可实现结构吸波性能和承载性能的大幅增强，为飞机蒙皮的轻质隐身承载一体化设计提供了一种新的解决方案。
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针对传统化学法易损伤纤维、污染严重的缺点，采用稀土LaCl3表面处理方法合成碳纤维(Carbon Fibre, CF)-碳纳米管(Carbon Nanotube, CNT)微纳多尺度增强体，通过烧结工艺制备CF-CNT多尺度增强聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene, PTFE)基复合材料。对增强体形貌、表面微晶结构以及复合材料硬度、晶体结构、浸润性等进行了表征，揭示了CF-CNT多尺度增强体对PTFE基复合材料结晶度、表面能的影响机制，在不同往复摩擦学试验参数下测试了复合材料的摩擦系数与磨损率，对摩擦过程各个阶段进行细致分析并提出了相应的摩擦磨损机制，结果表明：稀土LaCl3表面处理方法相对传统方法具有不损伤纤维、无毒害的工艺优势；多尺度增强PTFE基复合材料磨损率降低了75.3%，优于同类研究；CF-CNT多尺度增强复合材料较小的表面能降低了起始摩擦系数；多尺度结构及La(III)提高了CF-CNT增强体与PTFE基体的界面结合性能，使材料在摩擦过程中不易产生大块硬质磨粒，并形成强度与稳定性较高的转移膜；复合材料摩擦学行为受往复频率及载荷影响显著，而且在高往复频率及低载荷下磨损率较低。本研究采用稀土LaCl3表面处理方法合成CF-CNT多尺度增强体并将其用于提高聚四氟乙烯复合材料摩擦学性能，所得结论为高性能树脂基复合材料的设计提供了参考。
针对传统化学法易损伤纤维、污染严重的缺点，采用稀土LaCl3表面处理方法合成碳纤维(Carbon Fibre, CF)-碳纳米管(Carbon Nanotube, CNT)微纳多尺度增强体，通过烧结工艺制备CF-CNT多尺度增强聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene, PTFE)基复合材料。对增强体形貌、表面微晶结构以及复合材料硬度、晶体结构、浸润性等进行了表征，揭示了CF-CNT多尺度增强体对PTFE基复合材料结晶度、表面能的影响机制，在不同往复摩擦学试验参数下测试了复合材料的摩擦系数与磨损率，对摩擦过程各个阶段进行细致分析并提出了相应的摩擦磨损机制，结果表明：稀土LaCl3表面处理方法相对传统方法具有不损伤纤维、无毒害的工艺优势；多尺度增强PTFE基复合材料磨损率降低了75.3%，优于同类研究；CF-CNT多尺度增强复合材料较小的表面能降低了起始摩擦系数；多尺度结构及La(III)提高了CF-CNT增强体与PTFE基体的界面结合性能，使材料在摩擦过程中不易产生大块硬质磨粒，并形成强度与稳定性较高的转移膜；复合材料摩擦学行为受往复频率及载荷影响显著，而且在高往复频率及低载荷下磨损率较低。本研究采用稀土LaCl3表面处理方法合成CF-CNT多尺度增强体并将其用于提高聚四氟乙烯复合材料摩擦学性能，所得结论为高性能树脂基复合材料的设计提供了参考。
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本文从纤维增强树脂基复合材料(FRP)筋、关键技术和构件三个主要方面综述了体外预应力FRP筋混凝土结构的研究成果：①介绍了预应力FRP筋拉伸性能和长期性能，给出了面向设计的FRP筋蠕变断裂应力值、松弛率以及疲劳最大应力和应力幅限值。②阐述了预应力FRP筋三种主要锚固技术的优缺点和减小锚固端应力集中的方法，重点介绍了近年来新开发的复合材料夹片锚具，其锚固效率系数高于90%；同时，基于转向FRP筋力学性能试验结果，建议转向半径不宜小于FRP筋半径的200倍，转向角度不宜大于5°。③梳理了体外预应力FRP筋混凝土构件的试验研究结果(单调加载、长期持荷和循环加载)，介绍了国内外规范中的设计方法，并基于既有文献中42根梁的试验结果评价了规范中计算方法的精度，验证了我国规范GB 50608—2020中体外预应力FRP筋混凝土结构设计计算方法的准确性。本综述将对体外预应力FRP筋混凝土结构的推广应用起到积极推动作用。
本文从纤维增强树脂基复合材料(FRP)筋、关键技术和构件三个主要方面综述了体外预应力FRP筋混凝土结构的研究成果：①介绍了预应力FRP筋拉伸性能和长期性能，给出了面向设计的FRP筋蠕变断裂应力值、松弛率以及疲劳最大应力和应力幅限值。②阐述了预应力FRP筋三种主要锚固技术的优缺点和减小锚固端应力集中的方法，重点介绍了近年来新开发的复合材料夹片锚具，其锚固效率系数高于90%；同时，基于转向FRP筋力学性能试验结果，建议转向半径不宜小于FRP筋半径的200倍，转向角度不宜大于5°。③梳理了体外预应力FRP筋混凝土构件的试验研究结果(单调加载、长期持荷和循环加载)，介绍了国内外规范中的设计方法，并基于既有文献中42根梁的试验结果评价了规范中计算方法的精度，验证了我国规范GB 50608—2020中体外预应力FRP筋混凝土结构设计计算方法的准确性。本综述将对体外预应力FRP筋混凝土结构的推广应用起到积极推动作用。
