锂金属是下一代二次电池的理想负极材料。然而, 锂枝晶生长存在安全隐患, 并导致电池Coulombic效率低, 这严重制约了锂二次电池的商业应用。目前, 人们对锂的沉积生长机制在原子尺度上还了解甚少, 同时对锂枝晶的成因也众说纷纭。近年来, 机器学习在计算材料学中的应用使得许多以前无法实现的进步成为可能, 本文综述了机器学习原子势在锂金属负极研究中的应用。

高岭石插层是实现高岭石高值化的一个重要调控手段。从理论计算的角度研究高岭石插层过程的原子、分子尺度的微观机制, 是目前黏土矿物改性的一个重要研究手段和发展趋势。针对高岭石无机小分子、有机小分子和有机大分子插层3个研究方向的理论计算研究进展, 进行了总结和归纳, 并对高岭石插层的理论计算未来发展方向进行了展望。

增材制造作为一种先进成形方法备受关注，然而，增材制造过程的开发通常需要进行高成本且费时的试错实验，这大大限制了增材制造技术的发展。机器学习作为一种新型人工智能技术，可以加快增材制造各环节的研发进程，因而受到了学术界和工业界的广泛关注。本文综述了基于机器学习的增材制造过程优化和新型金属材料研发进展。首先，对应用于增材制造中的机器学习技术进行了简述；其次，对机器学习在金属材料增材制造过程控制与优化中的应用展开论述，包括成形过程监测与质量控制、工艺窗口预测和沉积路径优化等；然后，介绍了机器学习在基于增材制造研发新型合金材料的研究与应用现状，包括合金成分设计和组织性能预测等；最后，总结并展望了机器学习在该领域未来的发展趋势。

激光诱导的稀土纳米粒子的上转换发光由于具有独特的光学效应, 多年来一直受到人们的广泛研究。其中, 溶剂对纳米粒子表面效应的影响是该类材料在实际应用中面临的一个普遍问题, 传统的分析方法对溶剂的作用难以给出定量化的分析结果。针对这一困难, 本文利用Monte Carlo计算模拟方法, 从离子-离子相互作用的微观层面上重构出宏观的上转换发光现象, 进而分别给出了纳米粒子表面效应在4种不同的水相溶剂: 水、甲醇、乙醇和N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中的定量化分析结果。稳态和动力学光谱测试结果均表明, 溶剂水中的上转换纳米粒子表面猝灭速率最高, 甲醇和乙醇中次之, DMF中最低, 这可归因于溶剂中羟基基团及其活性对于上转换纳米粒子表面猝灭效应的影响。进一步, 通过计算模拟获得了NaYF4∶20%Yb, 2%Er上转换纳米粒子中, Yb3+激发态(2F5/2)表面猝灭速率的定量化数值, 分别为: 25×104 s-1(DMF)、1×105 s-1(甲醇和乙醇)、5×105 s-1(水)。

采用量子化学密度泛函计算方法对NaF-AlF3系熔盐的若干典型固相晶体结构进行了计算模拟拉曼光谱研究,并对光谱的振动形式进行了归属,发现特征峰位与铝配位数关系明显;同时,对NaF-AlF3二元系熔盐固相晶体及熔体结构进行了原位变温拉曼光谱实验研究。结果表明,基于计算模拟的振动谱峰归属分析,为NaF-AlF3系熔盐的微结构识别和温致结构变化提供了解析依据,而且随着AlF3浓度的增加,熔盐中铝六配位结构逐渐转化为铝四配位结构。

由基尔霍夫衍射公式得到高斯光束微圆孔衍射的积分式，导出一种解析算式，分析并模拟了高斯光束微圆孔衍射的“再现”与“自再现”，有利于在激光工程、微光学以及微光机电中对激光束的传输变换和调控。

为了建立一个基于888nm半导体抽运的高平均功率和高效率皮秒激光振荡器的理论模型，采用模拟计算方法和谐振腔理论、ABCD定律、自洽条件以及连续被动锁模条件，利用激光晶体Nd∶YVO4对波长888nm半导体抽运源的吸收特性和元件的相关参量、合适的腔模参量、实现稳定锁模的参量进行了理论分析和计算，并通过以上研究和模拟计算得到了皮秒振荡器模型的相关数据。结果表明，在120W的抽运功率下，激光器可以输出约61.5W的皮秒激光，光光转换效率51.3％。这一理论模型的建立对高平均功率和高效率皮秒激光振荡器的实验研究起着指导作用。

激光在实际应用中常需要进行光束整形以便更好地适应实际需要。先从基尔霍夫衍射公式出发经过适当推理，导出了高斯光束通过微圆孔衍射变换的解析计算式，再分析讨论了高斯光束通过微圆孔衍射时的３种整形变换。利用Matlab软件进行计算仿真实验，给出了高斯光束通过微圆孔衍射的３种整形变换的情形，实验表明了解析计算式的可靠性和高斯光束通过微圆孔衍射3种整形变换的可行性，可将它应用于激光工程、微光学和微光机电中激光束的调控。