镍基单晶高温合金是含有10~15种元素的复杂合金, 具备优良的高温强度和耐腐蚀性。 目前, 先进燃气涡轮发动机的涡轮部件几乎都采用空心结构的单晶叶片。 叶片服役过程中要承受超过其熔化温度数百摄氏度的高温和巨大离心应力, 是工况条件最为恶劣的航空零件, 被誉为“工业王冠上的明珠”, 研制发展更耐高温的叶片材料以及改进叶片的冷却技术是提高涡轮进口温度的关键手段。 新一代的单晶叶片中添加大量难熔元素（如Ta, W和Re等）用来提高承温能力, 但这些元素在凝固过程中存在严重的枝晶偏析, 导致组织内成分分布不均匀。 通常采用复杂的多级热处理来溶解非平衡组织, 减小偏析。 枝晶间成分的详细表征对优化热处理工艺和叶片设计具有重要的意义。 微束X射线荧光光谱是一种无损检测技术, 制样简单, 无需镀导电膜, 可对样品进行多元素同时检测, 多用于生物和考古领域, 定量表征成分复杂的金属材料存在一定困难, 应用案例较少。 单晶高温合金具有特殊的十字枝晶组织, 尺寸约为几百微米, 微束X射线荧光光谱可以满足单晶叶片枝晶成分的详细表征和大区域面积的成分分布定量统计需求。 本实验基于微束X射线荧光光谱技术, 建立了镍基单晶高温合金枝晶成分定量统计分布表征方法, 并应用于新型单晶涡轮叶片的全域枝晶组织成分定量分布表征, 探讨了单晶涡轮叶片叶冠到榫头的成分演变规律, 获得了不同部位主元素的一次偏析比和二次偏析比。 结果表明, Re, W和Ta元素偏析严重, 随着叶片截面尺寸的增加及与冷却铜盘距离的增加, 叶片叶冠到榫头各元素的偏析程度降低; Cr, Co和Mo元素偏析比接近于1, 偏析变化不明显, 分布较均匀。 通过对单晶叶片枝晶成分的定量统计解析, 获得了单晶叶片成分的演变规律, 为叶片的设计和凝固工艺的改进提供数据支撑。

金属锂被认为是高能量密度电池材料的“圣杯”，具有超高的理论容量和最低的氧化还原电位。但由于锂枝晶不可控生长、固体电解质界面膜(SEI膜)不稳定以及“死锂”累积等系列问题，限制了其商业化应用。氟化材料能有效稳定金属锂/电解液界面，均匀锂离子通量和抑制锂枝晶生长，是金属锂二次电池领域的研究重点。本文综述了近年来氟化无机材料在金属锂沉积骨架、人工SEI保护层、电解液添加剂以及固态电解质等方面的研究进展，阐述了氟化无机材料稳定金属锂负极循环的内在机理，并展望了其未来的发展前景。

锂金属电池因能量密度高被认为是极具发展潜力的储能电池之一。然而锂金属负极上锂枝晶的生长会导致容量衰减甚至安全问题。为此, 将凹凸棒石负载至纤维膜上应用于锂金属电池的负极保护, 组装成对称电池及磷酸铁锂全电池进行电化学测试。结果表明: 添加凹凸棒石的纤维膜可有效抑制锂枝晶的生长, 其对称电池在沉积容量为1 mA·h/cm2、电流密度为2 mA/cm2下循环500 h时极化电压仅为83.2 mV, 1 C倍率下加入凹凸棒石纤维膜的全电池循环1 000圈后放电比容量仍有84.92 mA·h/g。综上, 凹凸棒石对锂枝晶有抑制作用, 为锂金属电池负极保护提供了新思路。

锂离子电池已被广泛应用于便携式电子设备、电动汽车和电网等领域, 深刻地影响着人们的日常生活。但是受限于其低的能量密度、安全性等问题, 需开发稳定、高效的电化学存储材料。黏土矿物因其独特的纳米结构、丰富的活性位点、高的比表面积、丰富的储量和低成本等优点, 在锂二次电池领域有着广阔的应用前景。本文首先介绍了黏土矿物纳米材料的分类、结构和化学组成等。然后, 综述了黏土矿物纳米材料在锂二次电池隔膜和固态电解质隔膜方面的应用研究进展。最后, 总结了黏土矿物在电化学储能领域的优势和不足, 并展望了其未来发展趋势。

采用激光熔覆成形了304不锈钢，利用扫描电镜、X射线衍射及透射电镜技术，研究了熔覆层的组织形貌及相组成。结果表明：熔覆层主要由奥氏体（γ）相和FeCr（σ）相组成，σ相中Fe与Cr的原子数分数比接近1∶1；γ相呈细小、致密的枝晶状，σ相主要为长条状，宽度约为200 nm，分布在枝晶间隙处。在熔覆层快速凝固过程中，σ相从枝晶间的共晶铁素体（δ）中析出。枝晶间共晶形成的大量γ/δ界面有效降低了σ相的形核难度，同时，枝晶间Cr元素的富集促进了σ相的形成和粗化。因此，相比于不锈钢在固溶过程中析出的σ相，激光熔覆过程中析出的σ相形成时间更短，尺寸更大。

基于金属包裹的多孔硅衬底具有制备成本低、检测能力强的优点。自20世纪表面增强拉曼散射(SERS)现象被发现以来，多孔硅-Au/Ag复合材料逐渐展现出作为SERS衬底的优势，被广泛应用于生物、化学、医疗等领域。本文综述了近些年来基于多孔硅复合Au/Ag纳米颗粒混合平台的研究，重点讨论了将贵金属Ag/Au复合于多孔硅衬底上的制备方法，介绍了它们在不同制备条件下枝晶结构的生长形貌和检测性能，并对多孔硅-Ag/Au枝晶复合结构作为SERS衬底的未来发展进行简要分析。