水系多价金属离子(Mⁿ⁺ (n为金属(M)离子的价态，n ≥ 2))电池兼具低成本、高安全与高容量，是极具前景的新一代电化学储能体系。然而，酸性水系电解液环境与多价金属离子较大的离子半径，易在循环过程中引发正极结构失效，导致可用于多价金属离子可逆存储的电极材料长期匮乏，严重限制了该体系的发展。针对这一关键瓶颈，本文系统凝练了本团队围绕钒基电极材料开展的两项代表性工作，并成功验证了钒基材料在多价离子电池体系中的应用潜力。(1) 核心经典成果为“Zn²⁺介导水解离的界面催化储能模型”。在基于VN@rGO (三维多孔还原氧化石墨烯气凝胶限域型VN纳米晶)正极的水系锌离子电池中，Zn²⁺可极化界面H₂O分子并诱导H₂O分子适度解离，使生成的*OH (*代表正极表面提供的吸附位点)中间体在钒基界面发生可逆吸附/脱附，从而参与快速电荷存储。该模型将水系电池中的H₂O由潜在的副反应来源转变为可调控的储能反应参与者，为理解其快充行为提供了区别于传统离子嵌入/脱出与赝电容机制的新视角。(2) 具有隧道结构的单斜VO₂(B)电极应用于水系锰离子电池，作为上述界面水/质子化学认识的进一步拓展。研究揭示了Mn²⁺/H⁺协同嵌入行为及其对电极结构演化的影响，阐明了高质子活性诱导V元素不可逆溶解，进而造成容量衰减的内在机理。在此基础上，提出氢键重构驱动的质子转移调控策略，实现了电极/电解液界面双电层结构的优化，有效抑制界面过高质子活性与副反应，使VO₂(B)电极展现出优异的倍率性能与循环稳定性。展望未来，水系多价金属离子电池的发展不仅依赖高容量电极材料的发现，更需要构建“金属离子-H₂O分子-电极界面”协同调控的新型储能化学体系。

熔盐堆作为第四代核能系统的重要堆型，其高温、强腐蚀和辐照耦合环境对结构材料的化学稳定性与服役可靠性提出严苛要求。镍基合金因具有高温相稳定性和低化学活性而成为关键候选材料，但仍面临选择性腐蚀溶解、碲致腐蚀开裂以及辐照加速腐蚀等一系列失效问题。本文系统综述了熔盐堆用镍基合金的多场耦合失效机理，并总结了“成分优化-第二相调控-晶界调控-涂层防护”四维协同改性体系。通过降低Cr含量、优化Mo / W比例抑制溶解；利用氧化物弥散强化颗粒俘获缺陷、阻断扩散；采用晶界工程(GBE)提高低Σ晶界比例，抑制Te渗透；并以Ni-W或SiC涂层形成终端屏障。最后指出，未来应发展原位表征、智能设计与环境自适应技术，实现镍基合金在熔盐堆中的长寿命服役。

铅冷快堆是我国正在积极开发的第四代核反应堆中的主力堆型。高硅奥氏体钢具有优良的高温力学和耐液态Pb-Bi腐蚀性能，是堆内紧固件等重要结构件的候选结构材料。然而，在高温长时服役过程中，高硅奥氏体钢中较高含量的Si元素会加速M₂₃C₆、M₆C、χ相、G相以及铁素体等第二相的析出，促进微观组织演变，进而恶化材料的高温力学性能。因此，高硅奥氏体钢在获得优异耐液态Pb-Bi腐蚀性能的同时，也亟需解决材料的高温组织稳定性问题。本文以铅冷快堆紧固件用高硅奥氏体钢为例，介绍了Si合金化的设计原理，总结了Si添加对奥氏体钢中第二相演变特性的影响规律，基于实验研究规律提出了改善高硅奥氏体钢组织稳定性的合金化策略，并对铅冷快堆紧固件用高硅奥氏体钢的未来发展进行了展望。

超精细导电图案的制备是推动电子器件向微型化、柔性化和集成化方向发展的关键技术，对新一代微电子、光电子及柔性器件的创新突破具有不可替代的关键价值。激光诱导转移(LIT)技术凭借其高精度、非接触、材料适应性强的独特优势，大幅提升了超精细图案的分辨率和跨材料兼容能力。近年来，围绕LIT技术的研究在机理探索、工艺优化及应用拓展等方面取得了显著进展，但目前关于“工艺参数-转移机理-高性能应用”之间的内在关联仍缺乏系统性解构，制约了该技术从实验室研发向工业级应用的转化。鉴于此，本文首先回顾了LIT技术从概念提出到多领域应用的发展历程，介绍了LIT技术的转移过程及其在超精细导电图案制造中的优势；进而深入解析了以热效应为主导和以动量传递为核心的两类转移机制，并讨论了材料特性、激光参数和供体-受体界面间距等关键工艺参数对超精细导电图案质量的影响规律。在此基础上，对比分析了单次脉冲转移、多次脉冲叠加转移及复合工艺集成等多种技术路径的特性差异与适用场景。最后，系统总结了基于LIT技术制备的超精细导电图案在微电子电路修复、高性能传感器、柔性可穿戴电子及电池制造等领域的典型应用案例。

为了实现W90钨合金与AZ31B镁合金的低温钎焊，本工作采用纯Sn作为钎料，通过SEM及EDS对不同超声功率下钎焊接头的界面微观组织进行了表征和分析，并对钎焊接头的抗剪强度进行测试，探究了超声功率对接头界面组织及力学性能的影响。结果表明，W90/Sn界面结合良好，焊缝中包含基体相β-Sn和Mg₂Sn化合物，Mg/Sn界面生成一层Mg₂Sn化合物。随着超声功率增加，焊缝宽度减小，Mg₂Sn层厚度增加，接头抗剪强度先增大后减小。当超声功率为100和150 W时，接头的抗剪强度达到最大值10.5 MPa。超声辅助钎焊过程液态Sn声压分布的模拟结果表明，在1个超声周期内，液态Sn中的声压周期性地从负值变为正值，再变为负值。空化泡崩溃时产生高温、高压、微射流和冲击波等空化效应。理论计算结果表明，随着超声功率增加，液态Sn的声压幅值增加，产生的空化效应更剧烈。

GH4169合金作为航空航天发动机关键热端部件的核心材料，在高温富氧服役环境中存在金属燃烧的风险。本工作基于自主研制的金属材料富氧燃烧实验设备，研究了热处理对选区激光熔化制备的GH4169合金阻燃性能的影响。结果表明，沉积态样品具有典型的鱼鳞状熔池形貌，在枝晶间和晶界处析出大量低熔点Laves相。合金经过980 ℃固溶处理后，Laves相大量溶解，并在晶界和枝晶间析出针状和短棒状δ-Ni₃Nb相。当固溶温度提高至1080 ℃时，析出相数量显著降低，晶内为少量纳米级颗粒状Laves相，晶界析出块状碳化物相。富氧燃烧实验结果表明，沉积态样品的阻燃性能最差，1080 ℃热处理样品的阻燃性能最优，而980 ℃热处理样品的性能居中。燃烧区组织分析发现，GH4169合金的阻燃性能与析出相种类和数量有关。Laves相富含高燃烧热的Nb元素，且熔点较低，在燃烧时会优先熔化并参与燃烧，从而加速燃烧反应进程，这使得沉积态样品的阻燃性能最差；晶界作为O元素快速扩散通道，是易发生燃烧的位置，由于980 ℃热处理样品的晶界处析出了大量富含Nb元素的δ相，造成980 ℃热处理样品的阻燃性能较1080 ℃热处理样品有所下降。因此，消除低熔点相和控制晶界析出相类型是提升GH4169合金阻燃性能的关键。

易形成裂纹和高温强度不足是增材制造镍基高温合金面临的重大难题，基于固溶元素的成分设计是解决这两大难题的有效途径之一。本工作结合热力学计算，通过OM、XRD、SEM、TEM以及拉伸实验测试分析了增材制造镍基高温合金中γ'相含量、裂纹、错配度和拓扑密排(TCP)相析出情况。结果表明，ZGH-10合金的固溶强度为236 MPa，裂纹面积分数为(1.3 × 10^-4)%；错配度为-0.26%，γ'相为方形。在1000 ℃下热暴露500 h时，ZGH-10合金中无TCP相析出。在25、760和1000 ℃下，ZGH-10合金的抗拉强度分别为1290、1089和555 MPa，延伸率分别为17.0%、10.8%和28.5%，表现出优异的强度与塑性。

为探明60钢在冲击加载下的动态力学响应规律，并揭示其内部铁素体和珠光体组织在动态损伤演化中的作用，本工作利用一级轻气炮开展了平板撞击实验，并结合SEM和EBSD技术对回收样品进行了微观分析。自由面粒子速度曲线表明，60钢的层裂强度随峰值应力的增大呈先上升后趋于平缓的变化规律。微观损伤分析表明，材料在冲击加载下的损伤以脆性断裂为主，表现为解理裂纹的形核与扩展。随着峰值应力的提高，韧性损伤特征逐渐增强，表现为微孔洞的形核、长大和联合。晶界、渗碳体片层及铁素体/渗碳体界面是损伤的优先形核位置。在珠光体晶粒内，微裂纹倾向于沿与渗碳体片层方向呈较大角度的方向进行扩展。EBSD结果表明，晶粒取向是影响解理裂纹扩展的主要因素，微裂纹倾向于沿所在晶粒的{001}晶面扩展。

锆合金在制备核反应堆定位格架时易产生横向冲制开裂问题，制约了其在核燃料组件中的发展和应用。本工作针对Zr-4合金带材开展冲制实验，利用EBSD技术对冲制后样件的不同特征位置进行织构表征，基于晶内取向差转轴(IGMA)法分析不同位置变形机制启动的差异性。结合宏观有限元与微观晶体黏塑性自洽(VPSC)模拟，定量分析单向拉伸和平面应变两种应变路径条件下变形机制的开启规律，明确变形机制启动与织构演化之间的内在联系，进而揭示复杂应变路径条件对锆合金冲制开裂的作用规律及影响机理。结果表明，冲制破裂位置位于凸模圆角处，凸模圆角位置的应变路径为平面应变路径，凹模圆角和斜壁的应变路径为单向拉伸路径。结合IGMA分析与VPSC预测，不同路径下变形均以柱面<a>滑移主导，凹模圆角位置以锥面滑移和孪生共同协调变形，拉伸孪晶的生成导致沿轧制方向的新织构组分的形成；凸模圆角位置主要以基面<a>滑移协调变形，促进了初始双峰织构向近基面织构的转变，增强了基面织构的强度。

Ti551合金的热变形行为及其微观组织演变高度复杂，为拓展该合金的工程应用，需确定其热加工工艺窗口。本工作利用Gleeble-3500热模拟试验机在变形温度(T)为800~1100 ℃、应变速率(\dot{\epsilon })为0.001~10 s^-1条件下对Ti551合金进行热压缩实验，研究其热变形行为，构建热加工图并确定热加工窗口。在摩擦修正和温度修正的基础上，采用应变补偿Arrhenius (SCA)模型和反向传播人工神经网络(BPANN)模型建立了Ti551合金的本构关系，并通过统计分析对模型精度进行评估，发现BPANN模型在预测数据上表现出良好的拟合能力。基于动态材料模型建立Ti551合金的热加工图，确定其最佳加工区域为：\dot{\epsilon } = 0.001~0.1 s^-1、T = 900~1050 ℃。失稳区主要集中在高温高应变速率区域(T ≥ 1000 ℃、\dot{\epsilon } ≥ 1 s^-1)。变形温度和应变速率对应力影响显著，随着温度下降或应变速率增加，流变应力明显增加，体现了典型的热激活变形特征。微观组织分析表明，Ti551合金在热压缩过程中的组织演化与应变、温度和应变速率密切相关，应变越大，晶粒变形越显著，随温度的降低或应变速率的增大，动态再结晶晶粒尺寸明显细化。此外，Ti551合金热变形过程中的主要动态再结晶机制为连续动态再结晶和不连续动态再结晶。

为探明累积叠轧焊Cu/Nb多层材料中的滑移传递机制，本工作利用SEM和EBSD观察原位拉伸实验过程中滑移迹线的对齐状况和表面形貌的连续程度，系统研究了晶界和相界处的滑移传递和阻塞行为；并通过统计Luster-Morris参数(m′)和残余Burgers矢量(Δb)，分析Cu/Nb多层材料中的滑移传递规律。结果表明，Cu层相比Nb层更易发生晶界处的滑移传递，Cu晶界发生滑移传递时所需的最小m′ (m_{\mathrm{t}\mathrm{h},\mathrm{m}\mathrm{i}\mathrm{n}}^{\text{'}})和最大Δb (Δb_{th, max})均小于Nb晶界。Cu/Nb相界发生滑移传递时所需的m_{\mathrm{t}\mathrm{h},\mathrm{m}\mathrm{i}\mathrm{n}}^{\text{'}}高于Cu晶界和Nb晶界，Δb_{th, max}介于二者之间。这主要归因于Cu/Nb相界比晶界具有更复杂的结构、更大的界面能以及更低的剪切强度，滑移若要穿过fcc/bcc相界，热力学上需要更大的分切应力，动力学上则需要相界两侧的滑移系尽可能对齐，即对应较大的m_{\mathrm{t}\mathrm{h},\mathrm{m}\mathrm{i}\mathrm{n}}^{\text{'}}和适中的Δb_{th, max}。

铜合金/钛合金双金属材料能够充分发挥铜合金与钛合金的优异性能，具有重要的工程应用价值。然而，高界面强度铜合金/钛合金双金属材料的可控制备面临着巨大的挑战。本工作分别采用添加Ag箔和电沉积Ag层制备了高界面强度QAl10-5-5/TC6双金属，表征并测试了双金属界面的组织和力学性能，阐明了双金属界面的强化机制。结果表明，QAl10-5-5/Ag箔/TC6双金属界面强度在连接温度为850 ℃时达到最大值(200 MPa)；电沉积Ag层的细晶组织促进了QAl10-5-5/TC6双金属在较低的连接温度下形成冶金结合，使得界面强度在连接温度为835 ℃时达到最大值(217 MPa)。电沉积Ag层制备的QAl10-5-5/TC6双金属TC6合金侧形成了由厚度约为1 μm的TiAlCu₂反应层以及亚微米尺度的Ti₂Cu相和Ti₃Al相组成的“影响区”，其中Ti₃Al相与基体α相形成了半共格界面。基于强化理论分析发现，细晶强化与析出强化协同提升了QAl10-5-5/TC6双金属TC6合金侧“影响区”的力学性能。