橡胶添加剂含量是判断橡胶质量好坏的一个重要标志。现有的检测方法不能满足橡胶中添加剂快速、准确、无损的检测需求，而且当检测对象为多组分混合物时，混合物的吸收光谱会出现重叠和失真现象，从而导致预测结果不准确。针对此问题，本文提出了一种基于太赫兹时域光谱结合化学计量学方法、数据融合的定量分析方法。以丁腈橡胶、白炭黑、氧化锌、防老剂H和防老剂MB制成五组分混合物并将其作为实验样品，利用太赫兹时域光谱系统获取并计算了五组分混合物在0.3~1.6 THz范围内的吸收光谱，然后通过求一阶导数的方式获得样品的导数光谱数据。低层数据融合直接将吸收光谱数据与导数光谱融合；中层数据融合将蒙特卡罗无信息变量消除法和连续投影算法进行特征提取后的变量进行融合；高层数据融合使用多元线性回归法进行融合。基于蒙特卡罗无信息变量消除法的中层数据融合的预测精度高于单一光谱的预测精度，而且预测性能最好。研究结果表明，太赫兹光谱结合支持向量回归、数据融合的方法可以实现多组分混合物中防老剂MB的快速、准确、无损检测，对于促进橡胶工业的快速发展具有十分重要的意义。

激光诱导击穿光谱技术目前已用于国内大科学装置EAST托卡马克壁诊断。 在真空环境下， 如何提升LIBS定量分析准确性是其进一步发展的瓶颈问题之一。 在真空中， 激光诱导等离子体具有高度时空非均匀性， 对等离子体时空演化行为的研究， 理解各个物种的演化规律， 是进一步改进LIBS定量分析准确性的重要内容。 针对托卡马克第一壁和偏滤器的材料相关的不同元素， 该工作在真空环境下利用波长为1 064 nm、 脉宽5 ns、 功率密度6.3 GW·cm-2的脉冲激光对三元合金-碳化钨铜((WC)70Cu30)进行烧蚀产生多组分等离子体， 使用线性阵列光纤实现了对发射光谱的时空分辨测量。 以三种元素C Ⅰ 833.51 nm， C Ⅱ 657.81 nm， Cu Ⅰ 515.32 nm， Cu Ⅱ 512.45 nm， W Ⅰ 429.46 nm， W Ⅱ 434.81 nm六条谱线为研究对象， 研究了激光烧蚀等离子体不同辐射机制的时间尺度以及多组分等离子体在扩张过程中发生的元素“空间分离”现象和“离子加速”现象。 根据连续背景和六条谱线的时间演化规律， 观察到连续辐射主要发生在等离子体膨胀早期80 ns内， 离子谱线在30～300 ns， 原子谱线在100～1 000 ns。 空间分辨实验研究发现， C、 Cu、 W元素对应原子及离子的空间分布均有所不同， 即真空中激光烧蚀多组分等离子体在扩张过程中发生了元素“空间分离”现象。 将六条谱线的峰值位置和时间进行线性拟合， 获得了对应物种的扩张速度， 其速度范围在4.2～34.9 km·s-1。 结果表明， 相对原子质量越小， 对应粒子的速度越快（C Ⅰ>Cu Ⅰ>W Ⅰ， C Ⅱ>Cu Ⅱ>W Ⅱ）; 对应元素的离子速度大于其原子速度（C Ⅱ>C Ⅰ, Cu Ⅱ>Cu Ⅰ, W Ⅱ>W Ⅰ）。 利用元素“质量分离效应”和“瞬态鞘层加速”的物理机制， 对激光等离子体元素“空间分离”以及“离子加速”现象进行了讨论和解释。 该研究结果为LIBS理论模型建立提供了重要的实验数据参考， 也为提高真空LIBS定量分析准确性提供了新思路。

为实现混合体系中多组分有机磷农药的定性识别和定量检测, 采用紫外-可见吸收光谱法结合平行因子分析法(PARAFAC), 对水体中多组分有机磷农药混合溶液进行快速分析测定。 在纯净水中配置毒死蜱、 甲基对硫磷、 丙溴磷的单组分、 2组分和3组分农药溶液为实验样本, 采用紫外-可见光谱仪获取各组样本的吸收光谱。 将测得的纯净水-有机磷农药吸收光谱数据构建为不同的三维数据矩阵, 经核一致诊断法确定因子数后采用PARAFAC算法对三维数据进行分解, 结果发现2组分和3组分混合农药经分解后得到的光谱图与实际单组分光谱图相似度很高, 表明算法可以实现水体中多组分有机磷农药的定性分析。 进一步地, 利用算法分解得到的得分矩阵与各组分的真实浓度构建线性回归模型, 再对不同的数据集(包括农田水为稀释背景的光谱数据集)进行预测。 模型的预测结果表明, PARAFAC算法具有显著的二阶校正优势, 即使是光谱重叠严重、 预测集中存在校正集中不存在的干扰信息, 算法依然可以有效地从混合体系中检测出目标物农药。 模型对2组分混合溶液均实现了定性分析与定量检测, 预测集决定系数R2都大于0.9, 预测残差RPD也都大于3; 对3组分混合溶液的毒死蜱、 甲基对硫磷、 丙溴磷实现了定性分析, 其中毒死蜱和甲基对硫磷均达到了定量检测要求, 只有丙溴磷的定量检测结果不理想, 可能是由于丙溴磷溶液的整体光谱强度水平显著低于相同浓度的毒死蜱和甲基对硫磷溶液, 其光谱贡献最小, 以致算法对其混合体系中丙溴磷的分辨效果较差。 PARAFAC算法实现了“数学分离”代替“化学分离”的效果, 不需要复杂的预处理即可对光谱重叠严重的多组分有机磷农药混合物进行定性识别和定量检测, 这一方法为水体中有机磷农药残留的快速检测分析提供了理论依据。

随着机器学习技术的不断发展和玻璃材料数据的逐步积累，基于数据驱动的组分设计方法已成为玻璃新材料开发的一种有力手段。本文采用随机森林回归算法构建了包含56种氧化物的玻璃组分与性能预测模型，并采用SHAP分析等方法进行了可解释性研究，实现了在高维组分空间对线膨胀系数、密度及弹性模量的准确预测。利用该预测模型在Si-Al-B-Ca-Mg-Na六元氧化物组分空间中对约118万个玻璃配方进行快速预测，并对优选的4组硼硅酸盐玻璃样品进行测试。结果表明，样品的线膨胀系数分布在(5200~5800)×10-7℃-1，密度分布在234~239 g/cm3，弹性模量分布在6700~74.00 GPa，与模型预测结果相符，且优于相关规范要求。

地聚物注浆材料作为低能耗、低CO2排放的清洁材料，在道路注浆领域应用前景广阔，在未来有望取代水泥注浆材料。为了探究材料组分及用量对地聚物注浆材料性能的影响，采用三种硅铝源灰料(粉煤灰、矿渣粉和煤矸石粉)与不同碱活化方式制备道路地聚物注浆材料，对其组成材料进行优选；然后，采用单因素试验对道路地聚物注浆材料的配合比范围进行优化；最后，利用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、能量色散谱(EDS)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)对道路地聚物注浆材料的物相组成、微观形貌、微区能谱和化学键组成进行分析。结果表明：以粉煤灰和矿渣粉为硅铝源灰料，KOH和水玻璃溶液为复合碱活化剂制备的道路地聚物注浆材料性能最佳；推荐道路地聚物注浆材料的配合比范围为：粉煤灰、矿渣粉质量比4∶6，水玻璃用量10%~15%(质量分数)，KOH用量5%~11%(质量分数)，水灰比0.50~0.65；粉煤灰和矿渣粉被碱活化后溶解并重聚生成C-(A)-S-H等无定形凝胶产物，最终形成SiO4和AlO4正四面体网状结构，且伴随类沸石相、碳酸盐、氢氧化钙等物质产生，这些物质可使地聚物浆体致密并促进其强度增长。

固体废弃物的再生利用除了向更广的维度扩展,还需要向高附加值的深度进行延伸。泡沫陶瓷的科学制备与广泛应用使得大量消纳固体废弃物的同时能够充分发挥固体废弃物的潜在价值,因而受到了国内外学者的极大关注。本文详细介绍了泡沫陶瓷的组分作用及发泡原理,深入分析了其热变过程及微观机制,总结归纳了不同因素的影响效应,最后阐述了泡沫陶瓷发展面临的挑战,并对需进一步研究的方向提出了建议,旨在为泡沫陶瓷的高效利用与深入研究提供借鉴与参考。

为探究不同铟(In)组分InxGa1-xN势垒对绿光激光二极管光电性能的影响，本文采用SiLENSe(simulator of light emitters based on nitride semiconductors)仿真软件对一系列具有不同In组分InxGa1-xN势垒的激光二极管进行研究，结果发现InxGa1-xN势垒中In组分最佳值为3%，此时结构的斜率效率最高，内部光学损耗最低，光学限制因子最大，性能最优。在具有In0.03Ga0.97N势垒的多量子阱结构基础上，设计了一种组分阶梯(composition step-graded， CSG)InGaN势垒多量子阱结构，提高了激光二极管的斜率效率和电光转换效率，增加了光场限制能力。仿真结果表明，当注入电流为120 mA时，具有CSG InGaN势垒的多量子阱结构，电光转换效率从17.7%提高至19.9%，斜率效率从1.09 mW/mA增加到1.14 mW/mA，光学限制因子从1.58%增加到1.62%。本文的研究为制备高功率GaN基绿光激光二极管提供了理论指导和数据支撑。