选区激光熔化技术（SLM，selective laser melting）是目前金属增材制造领域最具潜力的工艺之一，可同时保证打印构件的高几何设计自由度、机械强度和制造精度，已广泛应于多种金属材料的加工。镍基高温合金是航空航天等领域的关键材料，在高温下仍旧可以保证优良的力学性能，但是由于其本身的强度、硬度较大，传统的加工方式周期长、成本高，愈发不能满足现代工业需求。因此，选区激光熔化迅速引领了镍基高温合金制备领域的技术变革。本文选取了CM247LC、Inconel 718、Inconel 626和Hastelloy X四种服役温度不同的镍基高温合金为对象，综述了近年来选区激光熔化制备镍基高温合金的研究进展。本文系统介绍了各种材料的激光工艺参数和热处理制度，并重点讨论了激光辐照与热处理工程中组织演变规律及其对力学性能的影响。同时，结合最新的工业进展，对选区激光熔化制备镍基高温合金的实际应用做了简要介绍。最后，对当前的技术发展进行了总结并提出了展望。

摩擦学是研究摩擦、磨损和润滑的学科，对结构材料的服役性能有很大影响。正因如此，学者除了不断探索具有优异力学性能的结构材料外，也不断寻求具备高耐磨性能的金属材料。在摩擦学领域，传统的金属材料已经发展成熟，新型耐磨材料亟待开发。近年来，新兴的高熵合金表现出优异的硬度、抗氧化性、抗软化能力，在很大程度上丰富了现有的耐磨合金体系，在未来的新型耐磨材料领域有很大的应用前景。为了系统地剖析高熵合金的摩擦学行为，本文首先介绍了单相、双相和多相高熵合金以及与高熵合金有关的复合材料在室温下的摩擦学特性，进而总结了改善高熵合金耐磨性能的方法。此外，本文还讨论了高熵合金在高温下的耐磨性能，并对其作为耐磨合金的应用与发展作了展望。

集成电路芯片是现代信息技术的基石。然而，硅基电子器件正在逼近其物理及设计极限，新一代非硅电子学的发展备受瞩目。碳材料家族众多同素异形体的独特性质以及碳基器件具有的更快响应速度，更低功耗及更高性能等诸多优点随着不断升级的制备技术和持续革新的器件设计正在创造着一场电子技术革命。本文基于碳材料家族中具有代表性的一维碳纳米管、二维石墨烯和三维金刚石，系统总结了其结构、特性及制备方法。同时从不同应用领域出发，列举了碳纳米管、石墨烯及金刚石的众多先进电子学应用。此外，新型全碳复合材料基于多维同素异构体复合的互补特性更加呈现出了碳材料在新一代非硅电子学应用的不可替代性。随着高质量材料制备技术、高性能器件优化设计及规模化生产的逐步完善，碳电子的未来已经到来。

多孔材料在隔音、隔热、减振、催化等方面具有广阔的应用前景。大多数工业固体废料，如尾矿、煤矸石、粉煤灰等都富含硅。而高硅含量的固废恰是合成硅基多孔材料(如沸石、介孔二氧化硅、微晶玻璃和地聚合物泡沫)的潜在原料。工业固废的大量堆积、处置和利用不充分，将破坏土地资源，危害生活环境，所以将其无害化转化为多孔材料是利用工业固废生产环境友好型产品的有效途径。本文综述了近年来富硅工业固废(SRISW)制备多孔材料的应用和研究进展。首先分析了一些典型富硅工业固体废物的化学组成和物理化学性质，对硅基多孔材料的加工和应用进行了简要综述。概述了SRISW多孔材料的制备方法，并对基于SRISW的微孔、介孔和大孔材料的常用功能设计和应用进行了分类，分析了SRISW向多孔材料的转化机理和实现多孔材料大规模制造应用的实际策略。总结了SRISW在制备多孔材料及其应用过程中可能存在的问题，并对其发展前景进行了展望。为工业固废的回收利用，开发可持续的“绿色材料”提供了典型的参考。

氰化尾渣是氰化提金过程中产生的固体废弃物，同时也是高价值的二次资源，含有大量的铜、铅、锌等有价元素。由于氰化过程长时间的充气搅拌，氰化尾渣的矿物界面发生严重的改性，但是关于这方面的研究较少。本文针对某高铜铅氰化尾渣浮选过程中存在铜铅难分离及铜回收率低等问题开展黄铜矿界面性质研究，采用的研究方法包括粒度分析仪、XRD分析、SEM–EDS微界面分析、FTIR分析、界面洗脱及浮选实验等。实验结果表明部分黄铜矿表面致密包裹一层细粒的方铅矿，导致黄铜矿表现为类似于方铅矿的浮选特性，导致这种现象的原因是黄铜矿表面被非极性油污染。不能被浮选回收的黄铜矿表面包裹一层铁矾类似物，导致黄铜矿表面被钝化而不利于药剂的吸附。通过研究可知氰化尾渣中黄铜矿界面容易被杂质污染及氧化层包裹，导致其难于被浮选回收。

浮选脱硅是获得高品位氟磷灰石必不可少的步骤。在这项工作中，十二烷基三甲基溴化铵 (DTAB) 被推荐作为一种反浮选分离氟磷灰石和石英的有效捕收剂。借助浮选试验比较了DTAB和传统捕收剂十二胺盐酸盐 (DAC)对石英的捕收性能及氟磷灰石的选择性能的差异；通过接触角测定、zeta 电位检测和吸附密度测量分析了DTAB和DAC在矿物表面的吸附行为差别。结果表明，与 DAC 相比，DTAB 对石英具有相同的捕收性能，并且对氟磷灰石具有更好的选择性能（或更差的捕收性能），能够实现两种矿物的高效分离。表面化学分析结果指出，DTAB在石英表面的吸附能力与DAC一样强，而DTAB在氟磷灰石表面的吸附量远低于DAC，这与浮选结果一致。因而，DTAB 是一种有潜力的捕收剂，可用于氟磷灰石资源的高效纯化和可持续利用。

石油焦作为工业固体废物，其堆积和储存对生态环境产生巨大的影响。本文对石油焦在低品位红土镍矿与赤泥共还原过程中用作还原剂的可行性及其机理进行了研究。通过研究石油焦用量、焙烧温度和焙烧时间等对红土镍矿与赤泥共还原过程的影响，确定最佳的工艺条件为石油焦用量20wt%、焙烧温度1250°C、焙烧时间60 min。在此条件下，可以获得镍品位1.96wt%、铁品位85.76wt%、镍回收率97.83wt%、铁回收率96.81wt%的镍铁产品。扫描电镜和能谱(SEM–EDS)分析结果表明，红土镍矿与赤泥共还原过程中镍和铁主要以镍铁颗粒的形式存在，镍铁颗粒分布均匀且纯度很高，粒径约30 µm。结果表明，石油焦作为还原剂用于红土镍矿和赤泥共还原是可行的，与无烟煤作还原剂相比，石油焦具有成本低的优点。研究结果不仅为石油焦的利用提供了一个新途径，同时也为缺煤地区红土镍矿与赤泥共还原工艺的利用提供了一种解决方案。

农林废弃生物质作为植物光合作用的产物，具有可再生、总量大、分布广和低污染的特点，是目前唯一具有可再生性能的含碳清洁燃料。相比于其它种类的可再生能源，生物质还具备良好的可存储性和易运输特点，将丰富的农林废弃生物质应用于炼铁生产将助力钢铁行业实现“双碳”目标。但农林废弃生物质也存在水分高，固定碳和发热值低，碱金属含量高和燃烧过程不稳定的缺点，不经提质处理难以满足炼铁生产对固体燃料的性能要求。本文采用水热炭化技术处理玉米秸秆制备水热炭产品，并采用多元高斯分布活化能模型（DAEM）研究玉米秸秆水热炭的燃烧动力学。结果表明，采用DAEM模型能够精确表征玉米秸秆以及玉米秸秆水热炭的燃烧动力学行为，玉米秸秆原料的燃烧过程可以分为四个阶段：半纤维素、纤维素、木质素和半焦的燃烧，玉米秸秆水热炭的燃烧可分为三种阶段：纤维素、木质素和半焦的燃烧。动力学计算表明纤维素、木质素和半焦燃烧的平均活化能范围为分别为273.7–292.8 kJ/mol、315.1–334.5 kJ/mol和354.4–370 kJ/mol，标准差分别为2.1–23.1 kJ/mol、9.5–27.4 kJ/mol和12.1–22.9 kJ/mol，随着水热炭化温度的升高，玉米秸秆水热炭中纤维素和木质素质量分数先升高后降低，而半焦的质量分数逐渐增加。

750°C条件下NaCl−CaCl₂熔融盐中直接电解还原LiMn₂O₄回收金属锰为废旧锂离子电池的回收提供了新的思路。采用电化学手段研究LiMn₂O₄在涂覆电极表面的还原过程，结果显示，锰酸锂的还原过程是分步进行的，还原过程为Mn(IV) → Mn(III) → Mn(II) → Mn；在电脱氧12 h条件下，0.5−3 V的产物为CaMn₂O₄、MnO、(MnO)_x(CaO)_1−x、Mn，电解电压达到电压在2.6 V时单质锰出现，增加电压可促进锰的脱氧进程。电脱氧随着三相界面的推进由外向芯部逐渐进行，当电压较大时会加快还原反应的动力学过程，并产生两个阶段的三相界面。

本研究分析了挤压温度和挤压比对 Mg–5Zn–1.5Y 合金的显微组织、硬度、压缩和腐蚀行为的影响。显微组织观察表明，铸造合金由α-Mg晶粒和Mg₃Zn₆Y和Mg₃Zn₃Y₂金属间化合物组成，主要位于α-Mg晶界上。较高温度下的挤压合金显示出较粗的晶粒微观结构，而以较高比率挤压的合金含有较细的微观结构，尽管在两种条件下都测量到具有较低金属间化合物的更多动态再结晶晶粒。较低温度 (340°C) 和较高比率 (1:11.5) 的组合条件提供了较高的抗压强度。然而，没有实现显着的硬度改善。挤压工艺可以降低铸造合金在模拟体液中的腐蚀率超过 80%，这主要是由于细化了微观结构。与挤压比相比，挤压温度对耐腐蚀性能的影响更为显着，挤压温度越高，耐腐蚀性能越高。

析氧反应(OER)是许多能量存储和转换系统的动力学瓶颈，使用OER电催化剂能降低反应势磊，从而提高能量转换效率。过渡金属磷化物(TMPs)是优良的OER电催化剂，但是目前报道的TMPs催化剂多由三种或更少的金属组分组成。探索更多组分的TMPs不仅有助于扩展催化剂门类，而且对于理解组元间的协同作用具有促进作用。本文通过水热生长和低温磷化策略，在二维碳化钛 (MXene) 薄片上制备了具有可控元素（Ni、Fe、Mn、Co、Cu）组分的TMPs，并在1 M KOH电解质溶液中测试了其电催化OER性能。实验结果表明，四元NiFeMnCoP/MXene是活性最高的催化剂，在10 mA·cm⁻²电流密度下的过电位仅为240 mV，塔菲尔斜率为41.43 mV·dec⁻¹，并且具有良好的长期电化学稳定性，优于商用氧化钌催化剂。电催化机理研究表明，NiFeMnCoP/MXene催化剂增强的OER 性能源于多元素间强的电子相互作用以及TMPs与MXene间的协同作用。

海上溢油事故频发，工业含油污水、城市含油废水的随意排放对人类生活环境和健康造成了严重的影响。传统的水油分离方法不仅容易引起二次环境污染而且也会造成资源浪费。因此，在本工作中，以多孔石墨微球为原料，采用凝胶注膜法制备了具有三维网络结构的多孔石墨微球泡沫，并将其应用在油类污染物的吸附中。研究结果表明，所制备的石墨微球泡沫的孔隙率高达62%，其孔径范围约为25–200 μm，且所制备的泡沫表现出良好的亲油疏水性，其水接触角（WCA）随温度的升高而增大，最大约为130°。此外，泡沫中石墨微球的含量对所制备产物的疏水性、接触角及显微微观结构的影响较大。所制备的泡沫具有优异的油吸附能力，对石蜡油、植物油和真空泵油的吸附能力约为12–15 g/g，约为石墨微球泡沫的10倍左右，在石油泄漏事故中具有较大的应用潜力。

ZrC和ZrB₂都是熔点超过3000°C的化合物，是典型的超高温陶瓷，可被用作极端服役条件下的材料。由于ZrC和ZrB₂的晶格结构不同，导致两者的物理化学特性存在差异。这也使得ZrC–ZrB₂复合材料的综合性能往往高于单相材料。此类超高温陶瓷材料往往是通过粉末烧结法制备，超细粉体有利于再较为温和的条件下制备出细晶材料。目前已有的关于ZrC–ZrB₂复合粉制备方法通常无法兼顾产品质量、成本控制、生产规模、工艺稳定性等方面。 因此，低成本、大规模且可控地制备超细ZrC–ZrB₂复合粉末将对该材料的应用推广起到重要的促进作用。本研究提供了一种以纳米ZrO₂、炭黑、B₄C和金属钙为原料制备超细ZrC–ZrB₂复合粉体的方法。该方法可以合成单相的ZrC和ZrB₂以及任意比例的ZrC–ZrB₂复合粉体。采用碳热还原法制备了ZrC和C的混合物。随后，通过调整B₄C的加入量来控制ZrC–ZrB₂复合粉体的成分比例。利用该方法，制备了五种不同ZrC/ZrB₂摩尔比的粉末（100ZrC、75ZrC–25ZrB₂、50ZrC–50ZrB₂、25ZrC–75ZrB₂和100ZrB₂）。根据微观形貌分析，在1473 K下制备的产物的粒径为几十纳米，其中ZrC和ZrB₂分别为立方和片状颗粒。根据ZrC特殊的核壳结构，推断其渗硼过程是由ZrC颗粒表面向颗粒中心逐渐推进的渗硼反应。最后，研究了不同配比的复合粉体的氧化特性。结果表明，随着ZrB₂含量的增加，ZrC–ZrB₂复合粉体的抗氧化性不断提高。当ZrB₂的摩尔分数大于75mol%时，复合粉体的氧化特性接近纯ZrB₂。

六价铬 (Cr(VI)) 化合物可用于各种行业，但具有毒性和致癌性。本文使用二氧化钛 (TiO­₂) -还原氧化石墨烯 (rGO) 复合材料作为传感元件，制造了一种用于测定 Cr(VI) 的电流传感器。该复合材料是按照溶胶−凝胶化学合成的，产生尺寸约为 50 nm 的 TiO₂ 纳米颗粒，固定在化学剥离的 rGO 片材上。该复合材料用于三电极电化学电池并以电流模式运行，对 50−500 ppb Cr(VI) 表现出良好的响应。对 pH 3 Mcilvane 缓冲介质的最佳结果显示灵敏度为 9.12 × 10⁻⁴ ppb⁻¹，检测限为 6 ppb，200 ppm Ca(II)、150 ppm Mg(II) 和 50 ppb Pb(II) 没有信号干扰。TiO₂-rGO 传感器的优异结果可归因于TiO₂和 rGO 之间的协同效应，这是由于 n-p 异质结的存在和 rGO 上TiO₂ 纳米颗粒的形成。

采用8-羟基喹啉（8-HQ）插层双氢氧化物（LDH）膜为底层和溶胶–凝胶层相结合的方法，对AM60B镁合金进行了腐蚀防护性能的研究。采用扫描电子显微镜（SEM）、场发射扫描电子显微镜（FESEM）、能量色散X射线能谱（EDS）、X射线衍射（XRD）、原子力显微镜（AFM）和电化学阻抗谱（EIS）等方法对LDH、LDH/溶胶–凝胶和LDH@HQ/溶胶–凝胶涂层进行分析。SEM图像显示，垂直生长的纳米片组成的LDH膜完全覆盖在表面。LDH/溶胶–凝胶和LDH@HQ/溶胶–凝胶涂层的形貌相同。此外，除了LDH@HQ/溶胶–凝胶涂层具有相对较高的表面粗糙度外，两种复合涂层的形貌几乎相同。虽然在3.5wt% NaCl溶液中，LDH膜具有与合金样品相同的阻抗行为，但其耐蚀性要高得多，这可能是由于其阻隔性以及对氯离子的捕获。与LDH薄膜相似，随着暴露时间的延长，LDH/溶胶–凝胶复合材料的耐蚀性降低。但其值远高于LDH膜，这主要与溶液路径的封闭有关。LDH@HQ/溶胶–凝胶复合材料的抗腐蚀性能优于LDH/溶胶–凝胶涂层，原因是8-HQ通过络合作用吸附在损伤部位。

Ti(C,N)基金属陶瓷是以 TiC、TiN、Ti(C,N)等为基，Ni/Co为粘结剂，并添加 WC、Mo₂C、TaC、VC 等碳化物改善其组织性能，采用粉末冶金方法制备的多相固体材料，具有高红硬性、高耐磨性、低摩擦系数和低热导率，高的化学稳定性等优点。Ti(C,N)基金属陶瓷刀具对高速加工中软钢有很大的优越性：被加工工件表面尺寸精度和光洁度高，可实现以车代磨。在切削加工中，刀具的性能对加工表面质量和加工效率有着重大的影响。涂层具有高的耐磨性、耐热性、高的化学稳定性等优点，可使切削刀具的使用寿命大幅度提高。当前80%–90%以上的切削刀具都会涂层，而这些涂层工艺主要是针对硬质合金而设计的。金属陶瓷被视为硬质合金未来最有潜力的替代品。要实现Ti(C,N)基金属陶瓷对硬质合金的替代，Ti(C,N)基金属陶瓷的可涂层性、涂层过程中的生长机理以及金属陶瓷基体与涂层的匹配性需要系统的研究。涂层与基体材料两者总是相互影响，基体的化学成分与结构会直接影响涂层的形核生长，而涂层的结合强度与硬度等性能直接决定了涂层能否被运用。鉴于此，本文制备了不同WC含量的TiAlN涂层金属陶瓷，并采用微观组织观察、结合强度与纳米压痕检测和切削加工试验研究了不同WC含量的金属陶瓷基体对TiAlN涂层的微观结构与性能的影响。结果表明沉积在不同基体上的TiAlN涂层具有柱状晶粒结构。且随着WC的增加，TiAlN的强度比I₍₁₁₁₎/I₍₂₀₀₎和附着力逐渐增大。当基体中没有WC时，TiAlN涂层的择优取向为（200）晶面。 随着WC的加入，TiAlN涂层的择优取向变为(111)和(200)晶面。涂层与基体的结合强度最大的区别在于基体的微观结构和成分。含15wt% WC的金属陶瓷基体涂层的H/E和H³/E²最高，耐磨性最好。

铜纳米线（CuNWs）具有成本低、导电性高、透明及柔韧性好等优点，且铜元素在地表储量丰富，是极为理想的电极材料，特别是用作于柔性及透明电极。然而铜纳米线稳定性差，极易被空气氧化和受化学环境腐蚀，这极大的限制了它们的实际应用。在本文中，我们提出了一种利用水热碳化方法在铜纳米线表面进行原位碳包覆的保护策略，可以有效地增强其化学稳定性。我们系统研究了影响碳膜生长的各种因素，包括葡萄糖前驱体浓度（碳源）、水热温度及水热时间等。我们发现在葡萄糖浓度为 80 mg·mL⁻¹左右，水热温度为 160–170°C，水热时间为1–3 h的条件下，可以在铜纳米线表面均匀生长厚度为3–8 nm的碳膜。所制备的碳包覆铜纳米线（CuNWs@C）表现出优异的抗氧化和抗腐蚀稳定性，在光电子器件领域具有广阔的应用潜力。

底灰、粉煤灰和酸洗污泥给城市带来了严重的环境污染，以其为原料制备泡沫微晶玻璃是实现固体废物资源化利用，降低环境影响的有效途径。本文以碳酸钙为发泡剂协同处置以上三种固体废弃物，成功制备了泡沫微晶玻璃。不同底灰添加量对样品的孔形态、孔径分布、孔内外成分变化、物理性能、玻璃结构单元、物相及析晶的影响得到了分析。结果表明，随底灰添加量增加，玻璃相，Si–O–Si及Q³Si单元逐渐减少，玻璃转变温度降低，从而造成气泡融合及孔分布不均的现象。当底灰、粉煤灰、酸洗污泥添加量分别35wt%，45wt%和20wt%时，制备了具有均匀球形孔隙和优异物理性能的泡沫微晶玻璃。样品的体积密度为1.76 g/cm³，孔隙率达56.01%，抗压强度为16.23 MPa。这种低成本制备泡沫微晶玻璃的方法为协同处置固体废弃物提供了新思路。