目前采用坩埚下降法生长的弛豫铁电单晶为圆柱状晶体, 无自然结晶面, 晶体在切割加工前必须进行三维定向。本文提出了一种利用粉末X射线衍射仪和X射线定向仪确定铁电单晶三维方向的简便方法。通过粉末X射线衍射仪确定任意切割晶面的最强衍射峰, 然后利用X射线定向仪确定最强衍射峰准确的切割面, 再通过X射线定向仪确定两个晶面的交线方向, 从而获取晶体的三维方向, 进而指导晶体切割加工。使用该方法对Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3铁电单晶进行三维定向, 结果证明该定向方法具有准确度高、效率高、操作方便、晶体损耗少的特点。该方法也适用于其他晶体材料的定向。

在地球科学等研究领域自动化分析, 逐步取代了传统的光学观察法。 然而, 这些方法获得结果, 过于依赖元素组成到矿物组成的转换。 同时, 也会破坏掉完整描述矿物材料来源和蚀变历史所需的重要信息。 因此, 利用合适的检测手段, 对分析矿物成矿规律及成因具有重要现实性意义。 研究利用拉曼Mapping、 光学显微镜、 自动矿物分析仪(TIMA)三种技术做对比。 对具有代表性霓石型稀土矿物分布特征、 化学成分、 矿物结构及晶体取向等方面进行研究。 通过TIMA与光学显微镜研究结果分析可知, 独居石矿物多呈自形-半自形不等粒结构, 粒度大小不均约为100～500 μm之间, 部分颗粒有被磷酸盐溶液交代痕迹, 可初步判断独居石矿物经多期成矿； 氟碳铈矿物呈细粒状分布较散以不规则颗粒包裹在其他矿物中, 具有明显的早期成矿特征； 易解石矿物以不规则团块状或放射状集合体, 具有明显方向性与方解石形成时间一致。 利用拉曼光谱技术在微区进行Mapping扫描, 通过数据分析得到独居石矿物［PO4］3-的P—O对称伸缩模式(ν1)与P—O对称弯曲振动模式(ν2)所在峰位面积比值, 得到独居石矿物不同生长取向相图。 经与独居石矿物光镜特征相结合, 进一步证明了浸染状霓石型铁稀土矿石中独居石矿物是多期成矿的事实, 成矿期数最少为三期。 该发现也为白云鄂博矿床多阶段成矿提供有力证据支撑。 此外, 该技术也可作为一种快速判断磷酸盐矿物不同生长取向的图像方法。 该技术对于碳酸矿物、 硫酸盐矿物也同样适用。 由此可扩展到多种矿物类型, 成为判断矿物多期成矿事实提供了重要依据。 也为拉曼Mapping技术应用于复杂矿物的矿物学研究矿物的赋存特征奠定基础。

近年来，钙钛矿材料及器件由于其优异的光电特性取得了巨大的研究进展。特别是准二维卤化物钙钛矿材料，因其具有激子结合能大、激子‐光子强耦合和稳定性好等优点，在光电器件领域显示出很大的应用潜力。此外，准二维钙钛矿中自发形成的量子阱结构允许激子能量从小n相转移到大n相，能够有效促进激子利用率和粒子数反转，这使得准二维钙钛矿材料能够成为激光器中的光学增益介质。本文首先介绍了准二维钙钛矿的晶体结构和优异的光学性能，进而总结了调节准二维钙钛矿晶相结构的几种策略。最后，回顾了准二维钙钛矿微纳激光器的发展，并对准二维钙钛矿材料和激光器件的研究进行了总结和展望。

电子背散衍射(EBSD)花样揭示了材料的物相成分、晶体结构、晶粒取向、晶粒大小和晶界的信息。EBSD花样非常复杂，通常需要借助专门的计算软件才能解析。本文系统地研究了EBSD花样的数学特征，建立了任意晶体取向与EBSD花样之间的数理关系，推导了面心立方、体心立方和六方晶体的基本晶带轴的理论EBSD花样的数学特征，以及面心立方晶体的(001)<110>取向和(001)<100>取向的理论菊池(Kikuchi)花样特征。在实测EBSD花样的分析中与各晶系各点阵的基本晶带轴的理论EBSD花样特征比较，即通过图像特征对比，就可以直接确定实测EBSD花样所属的晶系、点阵和Kikuchi线交点对应的晶带轴［uvw］，再由基本晶带轴的坐标计算出晶体取向，还能提供基本晶面信息，如原子密排晶面在样品中的空间分布，这有利于晶体的变形或生长机理研究。EBSD为单晶芯片质量检验提供了新方法。

采用激光选区熔化成形了DD91镍基单晶高温合金的单条熔道，研究了激光功率和扫描速度对单道形貌、晶体取向和微观组织的影响规律。结果表明：当铺粉层厚为30 μm时，在激光功率290～305 W、扫描速度500～700 mm/s工艺窗口内，熔道连续平稳且光滑平直，熔池扁平规则，可为单晶组织的稳定生长提供保障。当熔池与单晶基板冶金良好时，熔池内晶体能够延续基板的取向沿[001]定向外延生长，但熔池对流可使晶体生长方向产生2°以内的小角度偏差，并在熔池顶部发生柱状晶向等轴晶的转变，产生杂晶缺陷。熔池底部、两侧和中部都存在大量沿[001]生长的柱状枝晶，一次枝晶臂间距为0.6～0.8 μm，实现了沿单晶基板的外延生长，但中部晶体形态转变为纺锤状；熔池顶部晶粒为细小胞状结构，生长方向由[001]转变为[100]，这主要是顶部凝固时热量更多地沿扫描方向(平行于基板)传递导致的。研究结果可为激光增材制备大尺寸单晶组织提供参考。

采用光纤激光器对2 mm厚GH909合金进行焊接实验，探究了焊缝横截面宏/微观成形、外延生长组织演变和接头典型位置的晶体分布特征。研究结果表明：GH909合金焊缝呈典型的沙漏形，焊缝区晶粒尺寸明显大于母材和热影响区的晶粒尺寸；典型的柱状晶析出在焊缝中部和下部，少量等轴晶在焊缝顶部形成；平面生长的针状晶优先在上部近焊缝区形成，并通过竞争淘汰转变为稳定生长的细长柱状树枝晶，与此同时，中部近缝区发生胞状晶、胞状树枝晶向柱状树枝晶的转变；迁移晶界出现在热影响区，焊缝中靠近熔合线的位置存在外延生长和非外延生长两种生长模式；焊缝中部晶粒呈现为典型的非连续生长特征，晶粒宽度由小变大，但立即被新晶粒代替；焊缝上部晶粒的生长方向一致，呈现聚集特征，连续生长的γ柱状晶最终形成贯穿的巨大晶粒。

研究0 mT和18 mT纵向磁场作用下316L奥氏体不锈钢接头的微观组织, 主要分析了熔合线、柱状区和中心区奥氏体相和铁素体相的形态和织构变化。当磁场强度由0 mT变为18 mT时, 上部复合焊接层由“T字形”变为“三角形”, 这种变化使热量传递方向不易在热影响区汇聚, 提升了固液前沿的温度梯度; 在熔合线处, 磁场的加入使δ相的生长方向由［1 0 0］转变为［2 0 3］, 偏离熔合线的法向(［1 0 0］), 晶体织构由(0 1 6)［21 0］转变为(2 3 3)［32 0］, 但温度梯度的上升使［1 0 0］晶体方向分布的集中程度上升; 在焊缝的柱状区位置, 磁场的加入使δ相的生长方向由［1 0 0］转变为［2 1 2］, 偏离理论温度梯度方向(［1 0 0］), 晶体织构由(0 3 1)［91 3］转变为(3 10 2)［21 2］, 同时δ相与γ相之间的特殊取向关系增多。在焊缝的中心区位置, 磁场的加入使δ相的生长方向由［1 0 5］转变为［1 0 3］, 逐渐偏离理论温度梯度方向(［0 0 1］), 晶体织构由(1 0 0)［01 5］转变为(1 0 0)［0 3 1］, 同时δ相与γ相之间的特殊取向关系减小。

采用微纳米力学测试系统对6H-SiC单晶片开展了不同速率和不同晶向的划痕试验，对划痕的摩擦系数、划痕切削深度以及表面三维形貌进行分析，进而研究划痕速率和晶向对6H-SiC单晶片划痕特征的影响。结果表明：当静载荷4 N和6 N、划痕速率从0.2 mm/min到1.6 mm/min时，随着载荷及划痕速率增大，划痕摩擦系数、划痕切削深度和划痕宽度等增大，SiC单晶片塑性变形区域增大，表面更粗糙。低速时摩擦系数较小，在一定程度上会减小划头的磨损速率。不同晶向的划痕材料堆积和凹坑程度不同，沿[11201120]和[11201120]晶向划痕的摩擦系数、划痕峰高和谷深较小，而沿[2-1102110]和[12-10]晶向划痕时较大，前者比后者较易实现塑性域加工。

本文研究了在石墨烯上生长GaN薄膜时晶体取向的变化。采用AlN成核层辅助生长，GaN由取向相差较大的小晶粒，逐渐合并为与石墨烯取向一致的晶粒，最终形成了约4.6 μm厚的GaN薄膜。通过EBSD和XRD证实了GaN晶体取向一致性的提高，拉曼光谱也表明GaN晶体的高质量。

采用单因素优化法对沉积条件进行优化以获得低电阻率的银薄膜。研究了溅射功率、气压和衬底温度对银薄膜的电阻率和沉积速率的影响。结果表明:低功率和高气压有利于降低电阻率。这是由于该条件下沉积速率较低,使银原子充分迁移,改善了晶格完整性。适当加热衬底也可降低电阻率,但不宜超过100 ℃。为了抑制薄膜在高温下的“团聚”,在溅射气体氩气中加入氮气。SEM、AFM和XRD的结果表明:氮气促进了(1 1 1)取向晶粒的生长,抑制了“团聚”,细化了晶粒。加入氮气后薄膜的表面粗糙度和电阻率也提高了,但经过退火后均下降。该结果对控制银薄膜的晶粒取向,获得热稳定的低电阻率的银薄膜具有一定的意义。