SiO₂通常以三维晶体或无定形结构存在，限制了其在新技术如新一代集成电路中的应用，因此二维SiO₂的研究引起了越来越多的关注。本文通过删除三维层状CaAl₂Si₂O₈结构中的Ca和Al原子，直接构建出新的二维SiO₂构型。采用基于密度泛函理论的第一性原理计算，结构优化获得的新型2D SiO₂具有P-62m对称性，群号189。通过结合能、弹性系数、分子动力学模拟和声子谱计算，发现新型2D SiO₂具有高机械稳定性、热力学稳定性和动力学稳定性。电子性质和光学性质计算发现，2D SiO₂是带隙为6.08 eV绝缘体，且具有良好的光透射率和光导率。此外，通过研究面内双轴应变对2D SiO₂电子和光学性质的影响，发现2D SiO₂的带隙和介电函数受面内拉伸应变的影响较压缩应变略大，不过其整体光学性质受应变影响不大，保证了其在实际应用中电子性质和光学性质的稳定性。

在溶液法合成Cs₃Bi₂I₉前驱体溶液的基础上，采用添加BiI₃修饰Cs₃Bi₂I₉溶液的方法后得到Cs₃Bi₂I₉/BiI₃薄膜并制备出具有自供能特性的Cs₃Bi₂I₉/BiI₃薄膜光电化学型探测器。结果表明，添加的BiI₃以第二相形式存在于Cs₃Bi₂I₉薄膜中，形成两相混合结构。在紫外光（365 nm）单色光照射下，Cs₃Bi₂I₉/BiI₃探测器的开关比达到3 198，响应度和探测率分别为2.85×10^-3 A/W和3.77×10¹⁰ Jones。在绿光（530 nm）单色光照射下，Cs₃Bi₂I₉/BiI₃探测器的开关比达到1 172，响应度和探测率分别为6.9×10^-4 A/W和1.76×10¹⁰ Jones，同时展现出红光波段（625 nm）的良好响应。相较于Cs₃Bi₂I₉探测器，Cs₃Bi₂I₉/BiI₃器件探测性能均有大幅度提高，归因于BiI₃对非辐射缺陷的钝化作用。本工作首次尝试将Cs₃Bi₂I₉应用在光电化学型结构探测器中，通过BiI₃的修饰成功提高了器件性能，为低毒铋基钙钛矿的光电探测应用性能提升提供了新思路。

为增强304不锈钢表面性能，利用激光熔覆技术在其表面制备了TiC颗粒增强Fe基复合涂层，研究了激光功率对涂层几何特征、组织特征及硬度的影响规律和原因，引入灰关联分析综合表征熔覆层的组织特征，并推测出激光熔覆过程中TiC颗粒的熔解机制。结果表明，随激光功率的增加，熔覆层高度、气孔率、未熔TiC颗粒含量降低，宽度、深度、稀释率、析出TiC的二次枝晶臂间距增加，析出TiC含量先增加后降低、基体的二次枝晶臂间距先降低后升高且在1800 W时分别达到最高和最低。当激光功率为1800 W时，熔覆层表面成形良好，其组织特征均衡发展且灰关联度达到最大，平均硬度为801.5 HV_0.5，达到基体的4.5倍左右。另外，TiC颗粒在激光熔覆中共有两种熔解机制，其特征分别为由外向内和整体分解，两种机制共同作用导致TiC颗粒的完全熔解。

Mode-division multiplexing (MDM) technology enables high-bandwidth data transmission using orthogonal waveguide modes to construct parallel data streams. However, few demonstrations have been realized for generating and supporting high-order modes, mainly due to the intrinsic large material group-velocity dispersion (GVD), which make it challenging to selectively couple different-order spatial modes. We show the feasibility of on-chip GVD engineering by introducing a gradient-index metamaterial structure, which enables a robust and fully scalable MDM process. We demonstrate a record-high-order MDM device that supports TE₀–TE₁₅ modes simultaneously. 40-GBaud 16-ary quadrature amplitude modulation signals encoded on 16 mode channels contribute to a 2.162 Tbit / s net data rate, which is the highest data rate ever reported for an on-chip single-wavelength transmission. Our method can effectively expand the number of channels provided by MDM technology and promote the emerging research fields with great demand for parallelism, such as high-capacity optical interconnects, high-dimensional quantum communications, and large-scale neural networks.

为了获得TiC铁基合金粉末在316L不锈钢上的激光熔覆最佳工艺参数，提出了一种基于遗传算法优化的反向传播（BP）神经网络的激光熔覆参数优化方法。设计三因素五水平的全因子试验，测量了熔覆层的宏观形貌和平均硬度，建立输入参数（激光功率、扫描速度、保护气流量）和响应量（熔覆层宽度、熔覆层高度、稀释率、显微硬度）的神经网络模型。以多元非线性回归分析工艺参数对响应量的影响，并以综合灰关联度表征熔覆层的综合性能，寻优得到最佳参数。试验结果表明，激光功率和扫描速度对熔覆层宽度、稀释率和显微硬度的影响明显，而保护气流量对熔覆层高度影响最显著，遗传算法优化的BP神经网络模型各响应量模型的拟合优度均达到0.85~0.91之间，GA-BP模型精度良好，当参数为1090 W，扫描速度为4.4 mm/s，保护气流量为10 L·min^-1，综合性能最佳，表明BP神经网络算法适用于激光熔覆层质量控制和参数优化。

在工业领域中，通过铸造所制备的巴氏合金往往存在缺陷。为了探究如何减少巴氏合金在组织和性能上的缺陷，对比了通过传统浇铸和冷金属过渡焊接（CMT）两种方法在20钢基体上所制备巴氏合金层的组织和性能，并在其表面进行了激光重熔试验。利用金相显微镜、扫描电镜、能谱仪以及维氏硬度计等仪器检测了浇铸、堆焊巴氏合金和重熔巴氏合金层的组织和硬度，通过对比分析可知，CMT堆焊层组织较浇铸层更细，与钢基体的冶金结合更强。激光重熔在细化晶粒、消除粗大组织的同时，未产生偏析、气孔等缺陷。不同激光功率对于巴氏合金层的组织和性能影响各不相同，激光功率分别为300 W和500 W时，堆焊、浇铸试样的重熔层硬度达到最大值35.16 HV_0.025和36.92 HV_0.025。激光重熔对巴氏合金组织和性能的强化效果显著，对于滑动轴承的研究有着巨大的工程应用价值和发展前景。

以不同含水量的芦苇木质纤维素（以下简称芦苇）为试验材料，采用5 MeV电子束辐照处理，研究了电子束辐照对不同含水量芦苇化学组分、超分子结构、粉碎粒径及酶解性能的影响。结果表明：不同含水量的芦苇经电子束辐照后均发生降解，超分子结构受到破坏，粉碎后小粒径颗粒显著增加，酶解转化率大幅度提高；当吸收剂量相同时，不同含水量芦苇的表观形貌、超分子结构及粉碎粒径分布没有明显区别，但酶解转化率与含水量呈负相关，含水量5%、10%和50%的芦苇经过500 kGy 电子束辐照后，纤维素酶解转化率分别22.24%、19.76%和18.57%，半纤维素酶解转化率分别为25.04%、23.84%和19.56%，经过1 000 kGy电子束辐照后，含水量5%、10%和50%的芦苇纤维素酶解转化率分别为54.09%、47.27%和49.24%，半纤维素酶解转化率分别62.30%、53.25%和47.83%；当吸收剂量为500 kGy时，含水量为5%的芦苇纤维素、半纤维素较含水量10%和50%芦苇降解严重，而当吸收剂量为1 000 kGy时，含水量为50%的芦苇纤维素、半纤维素则较含水量5%和10%的芦苇降解严重，并且较含水量5%和10%的芦苇，含水量为50%的芦苇纤维素、半纤维素更多地被降解为非糖类物质。

掩模吸收层厚度引起的散射效应会导致深紫外和极紫外光刻成像产生偏差。传统光刻模型建立在满足薄掩模近似的Hopkins成像理论上，但随着掩模上吸收层的高宽比增大，掩模厚度成为衍射计算中不可忽略的因素。为实现对空间像的精准预测，提出一种三维掩模成像模型，利用严格电磁学仿真生成的掩模衍射近场来修正Hopkins模型结果。严格电磁学仿真需要的计算开销可以通过一种基于旋转变换和仿真维度减少的快速掩模边沿近场生成方法来减少。因此，将三维掩模成像模型和快速衍射近场生成方法结合后可以快速构建精准的三维掩模光刻成像模型。