建立了一种适用于强激光辐照面的高温原位观测方法，并开展了高速风洞内的激光辐照实验，获得了典型金属材料与复合材料在超声速切向气流条件下的瞬态烧蚀与破坏行为；此外，基于Horn-Schunck光流法分析了各典型材料的烧蚀特征与质点的运动速度，基于粒子图像测速法并结合复合材料铺层结构特征获得了瞬时烧蚀速度。研究结果表明，各材料的动态烧蚀行为有很大差异：在切向气流作用下，熔融态钛合金的流动模式从燕尾状转变为羽翼状，而镍基高温合金则呈雨滴状流动。基于Kelvin-Helmholtz机制分析了切向气流作用下不同金属材料击穿时间存在差异的原因。超高温陶瓷复合材料的热化学烧蚀和机械剥蚀特征与编织结构类型密切相关，并且高激光功率密度条件下的抗激光烧蚀性能与碳纤维含量成正比。

原位实时观测镁合金氧化反应及生长过程, 揭示其氧化过程与控制机理是目前镁表面处理领域的主流和热点。本文将纯镁薄膜样品在加热炉中400 ℃下保温10 h, 采用聚焦电子束技术在透射电子显微镜(TEM)中制备了带边的镁纳米孔, 并借助原位高分辨透射电子显微学技术, 对镁纳米孔边缘表面晶格在微氧条件下缓慢氧化及生长动态进行了原位观测及机制研究。结果表明: 通过原子吸附过程, Mg原子扩散到氧化物亚表层实现氧化, 通过MgO的外延式层层生长实现氧化物生长, 属于典型的各向异性生长, 表现出由{200}晶面包围的带边形貌特点。对晶格缺陷在氧化生长过程中作用的研究发现: 空位、位错带等缺陷促进氧化过程的进行; 孪晶的大角晶界可抑制晶界的旋转或者迁移, 有利于提高镁合金的耐腐蚀性。

铁电陶瓷材料在外场加载下的畴变所引起的材料结构变化, 是导致材料性能衰变和破坏的主要原因, Raman光谱技术是一种研究铁电材料畴变和微结构变化的无损伤性及原位微区的观测方法。 采用传统固相法合成Zr/Ti原子比为53/478的掺镧锆钛酸铅(PLZT)铁电陶瓷材料 , 采用X射线衍射仪和扫描电子显微镜及Precision_LC铁电测试系统分别对试样进行结构形貌表征和铁电物理性能测试, 利用自制的应力加载装置与Raman光谱仪联用, 实现不同压应力场作用下试样的原位Raman谱测试, 考察和分析Raman谱软模E(2TO)和E(3TO+2LO)+B1的峰强和峰位随散射偏振方向的变化规律。 结果表明, 不同压应力场下Raman软模E(2TO)和E(3TO+2LO)+B1的峰强均随散射偏振角度呈现正弦式的变化规律, 在60°偏振角度上软模峰强最大, 在150°偏振角度上软模峰强最小。 随着压应力场的增加, 在0°和60°偏振角度获得的软模峰强随应力场的增加呈现明显的下降趋势, 而在90°和150°偏振角度获得的软模峰强基本不变。 压应力场变化对PLZT陶瓷的Raman软模E(2TO)和E(3TO+2LO)+B1的峰位均不产生影响。

基于铁电陶瓷材料90°畴变导致Raman光谱变化的原理, 自行设计并搭建了铁电材料原位测试分析和数据采集系统, 通过与Raman光谱仪的联用, 利用特制的样品旋转装置, 从实验上证实在外加电场作用下铁电材料中的90°畴变使平均电畴的择优取向发生改变, 从而导致Raman光谱强度的变化, 利用铁电材料原位测试分析和数据采集系统, 实现了外电场作用下或电疲劳作用下同时进行铁电陶瓷材料畴变的原位Raman观测及原位电滞回线的测试。结果表明原位Raman光谱技术可应用于铁电材料的电致畴变和电疲劳研究。