搭建气体动力学悬浮无容器激光加热装置耦合皮秒级时间门控拉曼光谱仪, 突破常规加热法的温度与坩埚材料的限制的同时, 依靠皮秒级脉冲激光极短的测量周期大幅度屏蔽高温极端条件下黑体辐射对拉曼信号的干扰。 并利用该平台首次原位测定了高熔点MgTi2O5超高温下（1 903、 1 953和2 003 K）的高信噪比熔体拉曼光谱。 并通过耦合三代增强型电荷耦合探测器（ICCD）与纳秒级脉冲激光实现测定MgTi2O5晶体样品室温（RT）到1 673 K的完整温度范围的原位拉曼光谱。 在RT升至1 953 K的升温过程中晶体的拉曼光谱出现展宽和红移现象, 相对强度降低, 当温度升高到熔体（2 003 K）成为单一宽泛的包络线, 表明此时晶体的长程有序的结构已经被破坏, 体系内微结构发生本质改变。 运用密度泛函理论（DFT）计算其常温拉曼光谱, 比照实验光谱, 对主要振动模式进行了归属分析, 拉曼光谱位移低于350 cm-1的低波数区的振动主要归属于晶体的晶格振动, 中波数区域485 cm-1的振动峰为Ti—O—Ti弯曲振动, 主要特征峰648 cm-1处为TiO6八面体内O—Ti伸缩振动; 787 cm-1处为TiO6八面体内O—Ti—O的弯曲振动。 对熔体结构运用量子化学从头计算法, 模拟了系列团簇模型的拉曼光谱, 获得了特征振动模式的波数和散射截面, 实验拉曼光谱采用散射截面校正后, 解谱并定量分析了熔体中团簇结构的分布。 定量分析显示, MgTi2O5晶体熔化后, 存在TiO4四面体构型（不同构型的Qi相对摩尔分数分别为54.6%Q0、 20.1%Q1、 5.0%Q2、 4.8%Q3, Qi为不同桥氧数i的钛氧四面体）和TiO6八面体构型（H0的相对摩尔分数为14.8%, H0为孤立的六配位钛氧八面体）。 Ti4+主要以孤立四面体结构Q0、 二聚体结构Q1四配位形式存在, 少部分以孤立的钛氧八面体H0六配位的形式存在。 结果表明: MgTi2O5熔体成分中占较大比例的孤立结构, 破坏了体系网络连接性, 抑制了玻璃形成能力, 因此该高温熔体不具备形成玻璃的条件。 在升温过程中MgTi2O5晶体的拉曼光谱显示无相变发生; 熔融过程中, 晶体微结构中的Ti—O多面体结构由单一TiO6型转变为TiO4与TiO6型共存。

为了研究当单层石墨烯位于多层Fabry-Pérot(F-P)谐振腔中时, 系统近全吸波模式与多层F-P谐振腔数目之间的关系, 同时提高系统对吸波模式的调控能力, 采用严格耦合波分析法, 对石墨烯多层F-P谐振腔系统的吸波响应进行了研究, 分析了临界耦合条件下双层和3层F-P谐振腔结构的光谱响应特征。结果表明, 双层和3层F-P谐振腔可调谐近全吸波体, 分别形成了两个99%以上和3个96%以上的近全吸波模式; 通过对石墨烯掺杂可以实现对3层F-P谐振腔系统吸波特性的调节, 通过改变3层谐振腔的结构可以控制系统吸收模式的数量和相对位置。该研究为可调近全吸波系统引入更丰富的吸波线型。

为进一步增强加密或存储器件的实用性与安全性，设计并实现了一种多通道偏振复用的相变全息超表面，通过在多通道全息超表面设计中引入相变介质，实现了动态的可擦除功能。当耦合相变介质层处于非晶态时，所构造的编码超表面可以产生两个独立成像的全息通道。当相变介质变为晶态时，决定相位调控的交叉偏振被关闭，对应的相位编码“被擦除”。

机器学习已成为新材料研发的重要变革性手段, 但材料数据样本量少、噪音高等特点为数据驱动的研发模式带来巨大挑战。本工作将无监督学习应用于挖掘高介电常数的钙钛矿材料。针对标签数据少的问题, 通过聚类学习的方法不断优化迭代来缩小搜索空间, 最终筛选出了BaHfO3和BiFeO3等20种具有高介电常数潜力的钙钛矿材料, 并通过降维分析等手段从元素种类、晶体结构和容忍因子等方面展开规律分析, 挖掘钙钛矿材料结构与介电常数之间的关联。该方法为解决材料性能数据标签的缺失提供了一种思路, 可应用于筛选和挖掘其他新型功能材料。

以KAlF4为基本组成的熔盐除作为新型低温铝电解工业的电解质外, 还可作为钎剂大量用于各类铝散热器的钎焊中。因其熔体具有低粘度、低表面张力、超流动性和高腐蚀性等特性, 该体系熔盐微结构的定量分析一直有较高的技术瓶颈。本文为研究KAlF4熔体的微观构型, 采用原位拉曼光谱技术辅以量子化学从头计算方法研究了KAlF4熔体中［Al2F7］-离子团簇的拉曼峰位和相对散射截面, 并通过KAlF4熔体拉曼光谱解谱对［Al2F7］-离子进行定量分析。研究表明: KAlF4熔体中除了已证实存在的K+、［AlF6］3-、［AlF5］2-和［AlF4］-四种离子团簇外, 还存在［Al2F7］-离子团簇, 且含量在1.75 mol%左右。

检测图像中的显著关键点并提取特征描述子是视觉里程计和同步定位与建图系统等计算机视觉任务中的重要环节。特征点提取算法的主要目标是检测准确的关键点位置并提取可靠的特征描述子。可靠的特征描述子应对旋转、尺度缩放、光照变化、视角变化、噪声等保持一定程度的稳定性。目前基于深度学习的方法由于描述子特征在下采样过程中存在图像信息丢失，导致描述子可靠性和特征匹配准确度降低。针对这一问题，提出了一种面向细节保持的特征描述子提取网络。该网络融合浅层细节特征和深层语义特征，将描述子特征上采样到更高的空间分辨率，并结合注意力机制，使用局部特征（角点、线段、纹理等）、语义特征和全局特征来改进特征点检测，提高特征描述子可靠性。在Hpatches数据集上的实验结果表明，所提方法的匹配准确度为55.5%。输入图像分辨率为480×640时，所提方法的单应性估计准确度比现有方法高5.9个百分点。实验结果表明了所提方法的有效性。

本工作制备了NaF-AlF3二元系中分子比CR=3的冰晶石晶体, 构建了一系列铝氟团簇结构模型, 运用显微共焦Raman光谱检测技术与第一性原理理论计算相结合, 观察和研究了冰晶石从单斜-立方-六方晶系的温致相变过程, 并对熔盐实验拉曼光谱进行散射截面校正、分峰解谱, 分析了NaF-AlF3二元体系中AlF4-(622-628 cm-1)、AlF52-(555-560 cm-1)、AlF63-(510~515 cm-1)等阴离子团簇的Raman特征峰位置, 定量解析了冰晶石熔盐微结构中的多种阴离子团簇, 其摩尔百分含量分别为AlF4-(2.7%)、AlF52-(25.8%)、AlF63-(40.4%)、F-(31.3%)。

本文采用气动悬浮装置成功制备了(CaO-SiO2)-xAl2O3 (x=0, 6, 12, 18, 24, 30) 的一系列玻璃, 并通过拉曼光谱技术结合量子化学从头计算方法、27Al 魔角旋转核磁共振技术 (27Al MAS-NMR) 对其结构进行了定性及定量研究。研究结果表明, 当碱度R(CaO/SiO2)=1时, 随着Al2O3的加入, 硅酸盐结构转变为铝硅酸盐结构。当x≤18时, Al主要以［ⅣAlO4］ 形式参与网络形成, 并在x=18 时达到最大, 同时也观察到了［ⅤAlO5］、［ⅥAlO6］ 的存在; 当x＞18时, ［ⅣAlO4］ 相对含量减少, ［ⅤAlO5］、［ⅥAlO6］增加。拉曼光谱精细解谱的结果表明, Al的加入大大增加了体系的复杂性和无序性, 具体表现为精细结构Qijklm 含量的无规律变化, 但对初级结构Qi含量的影响不大, 并主要以Q2形式存在。

针对金属材料的电子束选区熔化过程，建立了瞬态温度场及熔池演化的有限元模拟方法。采用双椭球热源模型模拟移动电子束，给出了基于传热机理考虑材料物性参数随材料状态及温度变化的粉末热物性参数估算实现方法，并对有限元模拟方法进行了解析解验证。在此基础上对纯钨的电子束选区熔化过程进行了模拟，单道扫描模拟结果表明，随电子束扫描速率的增大，或电子束半径的增大，或热源功率的减小，熔池最高温度降低，熔池的长度、宽度及深度均减小。两层多道扫描的模拟结果表明，除第一层第一道外，熔池温度场及熔池形貌不对称于扫描中心线，已扫描侧的热影响区大，温度梯度小，熔池面积小。通过模拟得到的熔池剖面图，可预测一定工艺参数条件下多道之间的搭接及多层之间的熔合情况。