高熵陶瓷作为一种新兴的陶瓷材料自问世起就成为陶瓷领域的研究热点，然而，其巨大的成分设计空间也为基于实验和“试错法”的组分设计带来了挑战。近年来，通过机器学习与实验探索相结合的方式为这一问题的解决带来新方法。基于此，本研究建立了4个机器学习模型，通过训练评估选出性能最好的梯度提升决策树模型(R2=0.92)并用于预测，然后通过实验成功合成了单相的(Ti0.2V0.2Zr0.2Nb0.2Hf0.2)N高熵氮化物陶瓷，验证了模型的准确性，为高熵氮化物陶瓷的设计提供了新思路，加快了新体系的发现。

在Na2O-MgO-CaO-Al2O3-SiO2-P2O5的多元釉系统中，通过研究不同氧化铁含量釉熔体的显微结构及析晶行为规律，揭示了釉面不同呈色的机理。结果表明：磷酸钙促进了釉系统中的分相作用，进而对釉面呈色起到重要作用；当氧化铁浓度较小时，Fe3+以离子形式存在，这时Fe3+以化学发色为主导致釉面呈现墨绿色；随着氧化铁的增加，釉层分相作用加强其相界面增大，入射光在大量的相界面间经过多次的散射和消耗被吸收，最终形成釉面的黑色效果；过量的氧化铁会从釉层硅酸盐网络体系中析出，形成α-Fe2O3纳米晶体导致釉面呈现出红色；釉层的α-Fe2O3纳米晶体继续长大形成针状阵列排布结构，进而对入射光进行相干散射形成釉面的银灰色效果。随着氧化铁用量的变化，化学发色和结构发色的共同作用形成釉面的不同呈色效果。

针对芒硝相变材料因过冷度大、相分层严重导致相变潜热存储循环寿命缩短的问题，以Na2SO4·10H2O- Na2CO3·10H2O-NaCl相变材料体系为基体、改进的Hummers法结合冷冻干燥和球磨工艺改性制备的亲水性纳米氧化石墨烯(Nano-GO)为添加剂，制得纳米氧化石墨烯/芒硝基复合相变材料(GO-MCPCMs)。结果表明：氧化处理过的纳米氧化石墨烯中O/C比例增加了65.75%，结构缺陷水平由0.224增至1.088，无团聚现象；纳米氧化石墨烯/芒硝基复合相变材料的结晶相变温度增至约23 ℃、过冷度减小至0 ℃、相分层消除，该复合相变体系中Na2SO4结晶体全部结晶为晶粒长度尺寸近于2 cm的Na2SO4·10H2O；500次固?液循环前后含氧化石墨烯质量分数为0.075%的GO-MCPCMs结晶潜热值分别为156.7 J/g和149.9 J/g，衰减率为4.3%，Nano-GO的加入明显改善了芒硝基复合相变体系的热稳定性。纳米氧化石墨烯/芒硝基复合相变材料具有良好的热循环稳定性和较长的使用寿命。

碳海绵具有低密度、大孔体积、高导热系数等优点，可作为相变材料的良好载体。采用脱脂棉及MgO为原料，合成了具有一定石墨化特性、孔隙率达到96.3%的碳海绵为载体，以Na2SO4?10H2O/Na2HPO4?12H2O为相变介质，制备出多孔碳海绵封装的复合相变材料。结果表明：在700、800 ℃和900 ℃制得的碳海绵对相变材料的吸附量分别达到了自身质量的60、75倍和102倍。同时探讨了在不同温度下制得碳海绵封装的材料在5~60 ℃之间固液相变循环性能，经5 000次循环后，该相变材料的潜热仍在200 J·g-1以上，下降值均在13%以内，导热系数提升率均大于50%。该多孔碳海绵封装的复合相变材料在太阳能储能等领域具有很好的应用前景。

以蓝晶石和Al2O3粉体为原料、PMMA微球为造孔剂、Isobam104为分散胶凝剂, 结合凝胶注模工艺与造孔剂法, 实现了收缩率可控的多孔莫来石陶瓷的近净尺寸制备。研究了烧结温度对相组成的影响以及固相含量对样品微观结构、相组成、收缩率、气孔率及抗压强度的影响。结果表明: 随着固相含量的增加, 样品在1 500 ℃烧结后收缩率先减小后增大, 在固相含量为30%(体积分数)、造孔剂含量为30%(质量分数)时, 样品的总收缩率接近于0, 实现了多孔莫来石陶瓷的近净尺寸制备。多孔莫来石陶瓷呈现出较高的气孔率(60.4%)、较小的平均气孔尺寸(3.75 μm)和较高的抗压强度(8.3 MPa)。利用制备过程中的体积膨胀效应, 可以有效地控制多孔陶瓷制备过程中的收缩率, 实现了多孔莫来石陶瓷的近净尺寸制备, 对制备大尺寸复杂形状多孔陶瓷部件、降低加工成本具有重要参考价值。

在复合相变材料中引入碳纳米纤维(CNFs)提高相变体系的导热系数, 以实现相变材料与外界环境进行快速有效的热量交换。本文采用熔融共混法将Na2SO4·10H2O和Na2HPO4·12H2O制备成共晶盐相变材料, 借助聚丙烯酸钠构筑三维聚合物网络封装相变材料, 利用CNFs提升复合材料的导热系数。通过Raman、XPS等测试方法, 研究了CNFs经高能球磨、湿化学氧化处理后, 其表面含氧官能团的变化; 借助Raman、DSC、Hot disk、TG等测试方法, 分析了CNFs对复合材料化学相容性、相变行为、热稳定性、潜热容量、导热系数的影响。结果表明: CNFs经过功能化处理, 氧、碳原子比增大至0.140, 氧化效果显著; CNFs引入至复合相变材料中, 体系内各组分之间存在良好的化学相容性; 当CNFs的添加量达到3%(质量分数), 复合材料的固、液态导热系数分别达到1.05 W/(m·K)、0.88 W/(m·K), 相较于未添加CNFs的复合材料, 固、液态导热性能分别提升了69.4%、60.0%; 经过1 000次循环试验, 复合材料的熔融焓和结晶焓相较循环前分别下降了56.2%、65.3%, 相变体系仍然具备一定的储热能力, 表明将相变材料嵌入三维网络结构是一种有效的封装策略。

本研究采用水热法，以柠檬酸为螯合剂，通过控制n(Sn4+)/n(Sn2+)的数值，合成了由具有丰富氧空位的SnO2纳米晶体组装成的微球。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)及UV-Vis漫反射光谱对SnO2纳米微球进行表征分析，结果表明：在酸性水热条件和柠檬酸的螯合作用下，二氧化锡纳米晶体聚集形成微球；在Sn4+/Sn2+摩尔比例为3∶7时，其微球尺寸最小，整体分散性较好；同时适量二价锡离子的掺杂使得该样品氧空位浓度达到最佳，氧空位的存在将使得样品光吸收范围拓展至可见光，因而该样品显示出较强的可见光催化效率，在8 min内完全降解甲基橙。

气体膜分离技术是过滤与分离工业的重要技术之一, 相比于传统分离技术更加高效、节能、环保。新型无机二维材料在分离膜领域的应用, 有望同时实现高选择性和高渗透率, 突破商业聚合物膜渗透率和选择性相互制约的瓶颈, 极大地促进高性能分离膜的发展。本文简述了膜的气体分离机制, 综述了石墨烯基、过渡金属硫族化物(TMDs)和二维过渡金属碳化物/氮化物(MXene)等新型无机二维材料近年来在气体分离膜领域的研究进展, 包括其设计、制造和应用, 探讨了不同材料分离膜的特点、面临的挑战和发展前景。此外, 本文对其他新兴二维材料——层状双氢氧化物(LDHs)、六方氮化硼(h-BN)、云母纳米片等的分离膜研究也进行了概述。最后, 对新型无机二维材料在气体分离膜领域的研究方向及面临的挑战作出了评价。