超声滚压技术（USRP）采用超声波能量对金属表面进行纳米强化处理,通过施加高频机械振动引起材料表面塑性变形,显著提升材料的表面完整性与力学性能。作为一种创新的材料表面改性技术,USRP能在材料表面产生残余压应力,有效防止裂纹形成和扩展,降低腐蚀介质的渗透性。此外,该技术还能形成具有梯度变化晶粒尺寸和取向的纳米结构层,从而显著增强材料的表面硬度及耐磨性。综合USRP在钢铁、铝合金、钛合金、镁合金、镍合金和高熵合金等领域的研究进展,并归纳这些材料经USRP处理后,在表面纳米强化和组织性能提升方面的成效。同时,探讨USRP在提升金属综合性能方面的作用机制,并揭示其在性能提升方面的广泛应用潜力。最后对USRP的未来应用前景和发展方向进行展望,指明其在提升材料实际应用性能方面的研究价值。

连续纤维增强树脂基复合材料是近年发展起来的一种新型高性能复合材料,采用增材制造技术制备复合材料具有制造过程灵活、成型效率高的优点,因此成为研究的热点。总结树脂基体材料和纤维材料的特点,重点论述连续纤维增强树脂基复合材料增材制造的挤出和浸渍工艺及其温度、打印速度、打印间距等工艺参数对材料的影响,综述连续纤维增强树脂基复合材料的纤维与基体之间、层与层之间断面微观组织结构和材料的拉伸强度与弯曲强度等力学性能。针对目前连续纤维增强树脂基复合材料的增材制造材料需求增加和性能缺陷等存在的问题做出总结并对发展方向提出建议,如提高复合材料的可回收性并进一步改善增材制造工艺过程等。通过对当前连续纤维增强树脂基复合材料的研究进展进行总结,全面了解该领域的研究现状,对未来的研究趋势及应用领域进行分析和展望。

微弧氧化（MAO）技术作为一种先进的表面处理技术,能够在轻金属表面生成陶瓷涂层,显著提升其防腐、耐磨、热控等性能。综述了MAO技术在功能性陶瓷涂层设计方面的最新研究进展,重点介绍了MAO技术在防腐、润滑耐磨、热控及热防护、电绝缘和彩色涂层领域的设计研究,并总结了优化电解液组分、电源参数及后处理工艺对涂层性能的提升作用。研究表明,通过改变电解液成分和工艺参数,可以显著提高涂层的致密性和硬度,提升涂层的耐腐蚀性和耐磨性。通过后处理工艺,涂层表面的微孔和裂纹得以填充,从而加强涂层与基体的机械结合力和化学结合力,避免涂层脱落或剥离,可以进一步改善涂层性能或赋予新的功能。研究还发现,MAO涂层在热防护方面的优异性能,可以通过调节涂层的颜色、厚度和结构,控制其太阳吸收率和红外发射率。另外,电绝缘和着色涂层的研究同样显示了MAO技术在功能性涂层设计中的应用前景。系统总结MAO技术在功能性涂层领域的研究进展,总结了优化MAO功能涂层的多种设计策略,并探讨了其在实际应用中的潜力。为MAO技术在更多功能性领域的应用提供了理论基础,也为未来进一步提高涂层性能、拓宽MAO技术的应用范围提供了新的思路和方向。

在激光熔覆过程中由于工艺参数、材料特性等多方面的影响,容易产生裂纹、气孔等缺陷,严重影响熔覆质量,如何快速、准确地检测出激光熔覆状态及缺陷产生情况,对改善熔覆层质量具有重要意义。利用声发射信号能够准确反映材料本身特征的优势,结合深度学习算法,设计出激光熔覆过程状态及缺陷识别方法。通过单层单道激光熔覆超景深显微图像和声发射信号对比结果,确定出熔覆缺陷和声发射波形数量上存在对应关系;将激光熔覆过程划分为五种熔覆状态：送粉状态、熔融状态、冷却状态、产生裂纹状态、产生气孔状态,通过单层多道激光熔覆试验采集五种状态声发射信号,并对五种声发射信号在时域、频域以及能量方面进行分析;选取合适的工艺参数进行重复试验制作数据集,设计基于残差网络的激光熔覆状态识别网络模型,判断熔覆状态;通过激光熔覆缺陷数量及持续时间识别算法,识别出缺陷产生的数量和持续时间。最终设计的激光熔覆状态识别网络模型测试准确率为97.74%。通过声发射系统监测激光熔覆过程同时结合深度学习算法,可以有效识别当前激光熔覆状态以及缺陷的产生情况,为激光熔覆智能检测提供了新思路,也为反馈调控提供了重要技术支持。

受猪笼草的启发,润滑液体注入的多孔表面（Slippery liquid-infused porous surfaces,SLIPS）利用液体润滑替代气体润滑,弥补了超疏水表面耐久度差、耐压能力低等缺陷。SLIPS具有良好的低粘附特性、自修复性、极端压力稳定性等优异特性,可被广泛应用于工业防除冰、防除霜、液滴发电等重要能源应用领域。由于SLIPS在应用工况中常伴随着与液滴的相互作用,系统研究SLIPS与液滴的相互作用机制,对于在不同应用工况下准确使用SLIPS至关重要。首先介绍了SLIPS的组成要素和制备方法,总结了液滴撞击SLIPS的动力学现象。进而对液滴撞击过程的铺展动力学、回缩动力学和接触时间进行了理论分析。其中,润滑剂黏度、润滑层厚度、基底表面润湿性对液滴回缩动力学表现有显著影响,而对惯性力主导的铺展动力学表现影响较小。最后,总结了SLIPS在工业防除冰、防污、集水和发电领域的应用和优势,并展望了液滴撞击SLIPS的研究方向和应用前景,为进一步利用SLIPS在重要能源应用领域提供关键物理原理的理解和使用指导。

作为新一代超宽禁带半导体材料,单晶金刚石（SCD）凭借其优异的物理特性（禁带宽度5.5 eV,击穿场强9.9 MV / cm,热导率22 W /(cm·K)）,被视为突破硅基集成电路性能极限的理想材料。然而,其极高硬度（莫氏硬度10）和极强化学惰性使其表面加工面临重大挑战,特别是晶圆级平坦化技术已成为制约金刚石集成电路发展的关键瓶颈。聚焦集成电路制造需求,系统评述了单晶金刚石抛光技术的最新进展,重点分析了机械类、高能束和多场耦合三大类抛光方法的材料去除机理、影响因素及局限性。机械类抛光（如机械抛光和超声波辅助抛光等）工艺过程简单,但硬对硬摩擦易引入表面损伤,难以实现亚纳米级抛光;高能束抛光（如激光抛光、离子束抛光和等离子体抛光等）利用高能粒子代替磨粒来抛光,这类抛光存在选择性差、热影响区深、高能粒子注入等问题,难以实现低亚表面损伤及亚纳米级平坦化;多场耦合抛光（如化学机械抛光和等离子体辅助抛光等）通过场间耦合效应实现表面平坦化,但抛光工艺复杂且速率较低。尽管现有技术在不同应用场景中取得了一定进展,但仍无法完全满足亚纳米级精度、低损伤、高速率的抛光需求。未来的研究应致力于开发新型抛光技术,结合多种抛光方法的优势,推动单晶金刚石在高端芯片制造领域的广泛应用。

超疏水性在调控材料表面功能特性方面具有广阔的应用前景,超疏水表面的黏附性对水滴在其表面上的动态行为有重要影响。通过控制表面微结构、化学成分以及外界刺激等,可实现对超疏水表面黏附性的调控,该技术可广泛应用于微流体调控、防尘防污和雾气收集等领域。从自然界中具有特殊黏附性的超疏水生物体表面出发,系统探讨水滴与超疏水表面之间黏附行为的产生机制、调控理论及表征技术。在此基础上,综述近年来在调控超疏水表面黏附性方面的主要研究进展。研究表明,通过调整激光加工参数改变表面微结构、调控表面化学成分以控制表面能,均可实现对超疏水表面黏附性的精确调控。此外,借助外部刺激（如光照、磁场、温度等）还可实现超疏水表面黏附性的动态可逆调控。最后,探讨超疏水表面黏附性调控技术在智能响应材料和表面科学融合创新等方面的应用价值,强调其在自清洁、液体操控及药物运输等领域中的发展 潜力。

常规氮化物涂层已不足以应对日益提高的表面防护需求,近年来高熵氮化物涂层因其优异的性能受到业界的广泛关注。纳米多层结构作为优化硬质耐磨涂层微观结构和性能的有效策略,在涂层的设计和制备中展现出巨大的潜力和应用前景。采用电弧离子镀技术,通过工艺参数优化实现等离子体成分空间分布调控,制备了具有自组织纳米多层结构的AlCrNbSiTiN高熵氮化物涂层,系统研究其结构、硬度、摩擦及耐腐蚀性能,作为对比还制备了纳米多层AlCrNbSiTiN / CrN涂层和单层CrN涂层。结果表明CrN涂层、AlCrNbSiTiN涂层和AlCrNbSiTiN / CrN涂层都为面心立方结构,自组织纳米多层结构AlCrNbSiTiN涂层调制周期12 nm,纳米多层结构AlCrNbSiTiN / CrN涂层调制周期24 nm。AlCrNbSiTiN涂层硬度最高为34.5 GPa,H / E和H³ / E*²值分别为0.076和0.166。AlCrNbSiTiN / CrN涂层摩擦因数最低为0.389,CrN和AlCrNbSiTiN涂层摩擦因数分别为0.437和0.514。AlCrNbSiTiN / CrN涂层腐蚀电位为-47 mV,AlCrNbSiTiN涂层腐蚀电位最负为-157 mV。AlCrNbSiTiN涂层的临界点蚀电位为883 mV,钝化区宽度为943 mV,腐蚀电流密度和钝化区电流密度分别为2.49×10^-8 A / cm²和1.41×10^-6 A / cm²,且表面点蚀坑尺寸最小、数量最少,耐腐蚀性能优于AlCrNbSiTiN / CrN涂层和CrN涂层。基于研究结果,通过等离子体成分的空间分布调控,采用电弧离子镀技术可以制备综合性能优异的自组织纳米多层高熵氮化物涂层,这为纳米多层结构涂层的制备提供了新思路。

随着科技的不断进步,先进光学与集成电路等领域对光学元件的加工精度要求日益严苛,已经由纳米级材料去除提升至亚纳米级精度。然而,当前主流的传统加工技术,如化学机械抛光（CMP）、液体射流抛光（FJP）、磁流变抛光（MRF）以及离子束抛光（IBP）等,均存在各自的局限性,难以实现原子级光滑表面的制造目标。因此,如何制造出具有亚纳米级表面粗糙度且低亚表面损伤的光学元件,已成为当前亟待解决的技术难题。在不断探索新技术的过程中,气体团簇离子束（GCIB）技术作为传统离子束技术的革新升级,展现出在超精密加工领域的巨大潜力,有必要对气体团簇离子束技术的原理、辐照特性以及可能的应用展开探讨。说明气体团簇离子束技术的原理; 阐述气体团簇离子束技术所具有的独特辐照特征,包括低每原子能量、高溅射产率、横向溅射效应以及能量密集沉积等。这些特征使其与传统离子束的辐照效应截然不同; 探讨气体团簇离子束技术在抛光、刻蚀、薄膜沉积以及二次离子质谱（SIMS）等领域的应用; 总结气体团簇离子束技术现有的优势与不足,为气体团簇离子束技术的进一步发展奠定坚实基础,推动其在超精密加工领域实现更广泛的应用与突破。

芯片作为数字经济的基石,朝着集成化、低功耗化、智能化、功能化方向发展。化学机械抛光（Chemical mechanical polishing, CMP）是实现芯片表面超光滑、无缺陷的全局和局部平坦化制造的关键使能技术。抛光液中的磨料是化学和机械作用协同实施的“桥梁”,是CMP实现多种材料高效率、原子级光滑制造的关键,成为抛光液研究的重要一环。人们致力于开发用于芯片制造的高性能磨料,并取得了长足的进步。首先介绍了磨料在CMP材料去除中的作用机理和对抛光性能的影响,总结了典型磨料如SiO₂、Al₂O₃、CeO₂和金刚石在芯片CMP中的相关研究进展,重点介绍了不同种类磨料在CMP中的应用和改性策略。此外,还讨论了新型磨料与能场辅助抛光技术的结合和纳米尺度下磨料的CMP行为的研究新热点。同时对磨料在芯片CMP中的应用进行了前瞻性展望,旨在为后续研究提供有力的理论支撑与指导方向。

热障涂层是先进航空发动机普遍采用的热防护手段,随着发动机工作温度提高,涂层的工作环境也愈发严峻,研究涂层在高温、高温度梯度条件下的失效模式对提高涂层在服役环境下的工作寿命具有重要意义。采用大气等离子喷涂法在GH3536基体上制备陶瓷层厚度为0.12 mm的Gd₂O₃-Yb₂O₃-Y₂O₃共掺杂ZrO₂热障涂层,对涂层的微观组织和物相组成进行表征,设计搭建保证涂层面层高温、背部低温的水冷热冲击试验平台,讨论涂层在高温、高温度梯度条件下的失效机理。结果表明：在涂层面温约为2 350 ℃的高温热冲击试验后,单次长时试验涂层寿命大于1 200 s,多次短时试验涂层寿命为3次;涂层沿厚度方向表现出明显的梯度烧结现象,表层发生严重烧结,孔隙率和晶粒尺寸沿厚度方向均呈梯度分布;在单次1 200 s热冲击试验后,涂层仍保持单一立方相,高温相稳定性好;在多次25 s热冲击试验后,随着试验次数的增多,烧结区深度增加,垂直裂纹数量增多,横向裂纹宽度增大、长度增长;涂层在高温、高温度梯度条件下失效是由高温烧结、热失配应力和热生长氧化物共同导致的。通过高温、高温度梯度条件下的热冲击试验模拟涂层的服役环境,分析涂层在高温、高温度梯度服役条件下微观结构的演变过程,明确了涂层在服役环境下的失效机理。

大气等离子喷涂是目前应用最广泛的热喷涂表面防护技术之一,深入研究其喷涂过程中的特性变化规律与机理,有助于从理化角度优化喷涂工艺,确保喷涂过程的可靠性和可重复性。综述了大气等离子喷涂过程中依次环环相扣的三个阶段：等离子射流、飞行粒子和涂层沉积,并结合试验监测与数值模拟,探讨了各阶段特征特性及其演变规律的相关研究。研究结果表明,在不同阶段中,不同影响参数决定了各阶段的关键特性：射流阶段的温度、速度和稳定性主要受喷枪内电弧能量和等离子体电离能量的影响;飞行粒子阶段的温度、速度和熔融程度取决于射流的加热加速作用、粒子与射流的相互作用时间以及粒子自身的物理性质;沉积阶段的熔滴铺展情况则主要由熔滴撞击时的状态及其与基体和下层熔滴的接触情况决定。对各阶段特性变化规律和机理的研究总结,为实现更可控的喷涂过程和更高的涂层质量提供了理论支持,并为喷涂工艺调整、程序优化和技术改进提供了重要参考。但当前研究仍存在一些挑战,如射流波动的消除以及多粒子堆叠与搭接的深入研究,仍需进一步探索。

增材制造技术可实现陶瓷材料复杂构件的整体成形,但构件表面存在“增材痕迹”、多相分布、气孔等缺陷,后续表面精密加工困难,难以满足空间光学探测、半导体制造装备等对高性能碳化硅陶瓷构件的迫切需求。为此,提出化学气相沉积高纯高致密碳化硅涂层修复增材制造陶瓷表面缺陷的新思路。系统研究沉积温度对增材制造碳化硅陶瓷表面涂层硬度、沉积效率、界面结合、微观形貌、可加工性的影响规律。结果表明,随着沉积温度的升高,涂层沉积速率加快,晶粒尺寸和表面硬度增大。但过高的沉积温度会导致涂层内部出现孔隙,致密度降低。沉积涂层与增材基底界面结合良好,当沉积温度1 400 ℃时,界面处生成枝状晶,结合力较大,表面加工性较优。研究采用化学气相沉积涂层方法可有效改善增材制造碳化硅陶瓷的表面质量,为高端装备用高性能碳化硅复杂构件的工程应用奠定了基础。

随着现代工业和信息技术的迅猛发展,极端环境下对高性能摩擦与吸波材料的需求日益增长。得益于高导电性、独特的层状结构、优异的力学性能、化学稳定性以及丰富的表面端基,MXene材料已成为摩擦学与电磁波吸收领域的研究热点。然而,目前关于MXene基材料在上述领域的研究进展尚缺乏系统性总结。为全面梳理MXene基材料的研究现状,首先从其基本结构出发,系统性地总结了结构特征、主要制备方法及基础性能,并详细概述了MXene及其衍生物的制备技术,以及MXene基材料在摩擦学与吸波领域的作用机理与研究进展。通过对不同制备与处理方法的比较与分析,揭示了MXene基材料在改善摩擦特性、降低摩擦系数、增强吸波性能以及优化吸波带宽方面的显著优势。同时,针对MXene基材料在极端环境下稳定性不足、复合材料的设计复杂性以及制备成本较昂贵等问题,提出了潜在的改进策略。相关研究为摩擦学与电磁波吸收领域的研究提供了重要的理论依据与参考价值。

化学机械抛光（CMP）是集成电路制造中实现晶圆表面平坦化的关键工艺。CMP终点检测技术通过实时测量晶圆表面薄膜的厚度以实现抛光压力的动态分区调节,从而精确控制晶圆表面形貌及材料去除率,对于确保抛光质量和均匀性至关重要。系统综述了CMP终点检测技术的研究现状,重点分析了离线检测方法（时间法）与在线检测方法（摩擦力法、光学法、电涡流法）的基本原理、技术特点及前沿进展。根据检测精度、多材料适用性和成本等指标对不同终点检测技术进行了综合评价,揭示了其在CMP工艺中的适用性及局限性。最后,为了满足先进制程对检测精度和可靠性的苛刻需求,探讨了终点检测技术在多物理信号融合、智能监测算法、设备集成化和低成本设计等方面的发展方向。

作为激光增材制造的技术之一,激光定向能量沉积利用送粉器将粉末送入由高能量激光束产生的熔池中,将材料逐层沉积在基板上,可以实现任意复杂形状的零件成形。沉积过程中熔池温度与成型质量密切关联。因此需要对熔池温度进行实时检测,为工艺参数的调整提供指导。沉积时熔池温度受零部件散热条件变化、设备波动等外部环境影响易发生波动变化,导致形成性能低、形貌差的沉积层,所以需要对熔池温度实时控制。针对激光定向能量沉积成形中熔池表面温度难以测量与控制的问题。搭建彩色电荷耦合设备相机（CCD）同轴测温系统与闭环控制系统,设计多组试验。研究送粉速率、扫描速度、激光功率对熔池温度的影响规律。发现激光功率变化对熔池温度的影响最显著。根据激光定向能量沉积过程的特点,提出一种基于模糊增量式比例-积分-微分（PID）的熔池温度控制算法,并基于Simulink建立仿真系统,为搭建熔池温度闭环控制提供理论支撑;基于微软基础类库（MFC）开发闭环控制系统软件,设计激光定向能量沉积试验,通过添加激光功率、送粉速率变化模拟实际生产可能出现的问题,分析闭环控制下熔池温度的变化,验证模糊增量式PID算法应对复杂多变的激光定向能量沉积过程的有效性。结果表明,模糊增量式PID算法相比于增量式PID算法具有更好的控制效果。模糊增量式PID算法通过模糊逻辑的引入,可以更好地处理非线性系统和不确定性,并在复杂环境下,控制系统的响应更为精确地减少了超调和稳态误差,为实际应用提供了新思路。

针对AlTiN涂层难以满足高速干式切削加工钛合金的苛刻需求,采用电弧离子镀技术在硬质合金刀具表面制备不同多层结构的AlCrBN / AlTiN多层涂层（交替沉积5次和10次,分别标记为AlCrBN-5和AlCrBN-10）,研究多层涂层的结构、硬度、摩擦磨损、高温性能及涂层刀具高速干式切削钛合金性能。多层涂层物相由fcc-(Cr, Al)N和fcc-(Ti, Al)N组成;多层结构可以显著提升涂层的硬度,其中AlCrBN-10涂层具有最高的硬度（4470 HK_0.05）;多层涂层经1 000 ℃真空退火处理后,仍具有较高的硬度（~2 790 HK_0.05）。摩擦磨损结果表明：多层涂层可以显著降低其摩擦因数和磨损率,其中AlCrBN-10涂层的摩擦因数和磨损率最低,分别为0.56和0.21×10^-15 m³·N^-1·m^-1。涂层刀具高速干式切削钛合金结果显示：当切削速度为100 m / min时,多层涂层刀具的切削寿命略有提升,其中AlCrBN-5涂层刀具的切削寿命为15 min,与AlTiN涂层相比 （12 min）提升25 %;当切削速度提升至150 m / min时,多层涂层刀具的切削寿命显著提升,其中AlCrBN-10涂层刀具的切削寿命为280 s,与AlTiN涂层相比（80 s）提升250 %;不同切削速度下,刀具前刀面和后刀面的磨损均为粘着磨损和氧化磨损。通过在硬质合金刀具表面构筑AlTiN / AlCrBN多层结构涂层,可以显著提升其硬度和高温稳定性,降低其前刀面和后刀面的粘着磨损和氧化磨损,进而提升涂层刀具的高速干式切削钛合金性能。所制备的AlCrBN / AlTiN多层涂层能有效提高刀具表面的高温和抗磨损性能,在高速干式切削领域具有较好的应用情景。

AlCoCrFeNi系高熵合金具有 BCC 结构,因其优异的高温力学性能、高强度和低成本的特点而受到越来越多的关注与运用。本文从涂层耐磨性的角度,综述了三种典型方法制备AlCoCrFeNi系高熵合金涂层耐磨性研究的发展现状、两种通过改性提高涂层耐磨性能的方式和三种强化涂层耐磨性能的后处理方法。在制备技术方面,AlCoCrFeNi系高熵合金涂层的典型制备方法主要有等离子喷涂、超音速火焰喷涂、激光熔覆等工艺,制备的涂层在高温下均展现出较好的热稳定性和耐磨性能;在成分改性方面,涂层的耐磨性能会受到主要元素成分与元素摩尔占比的影响,因此可以通过引入碳化物强化相和添加其他元素对高熵合金涂层的成分和组织结构进行调控,以进一步增强涂层的耐磨性能;在后处理方面,激光重熔、退火和感应重熔三种后处理方法可以有效减少高熵合金涂层的缺陷,提高涂层的耐磨性能。最后,根据AlCoCrFeNi系高熵合金涂层性能特点,提出了工艺参数优化、引入强化相与其他元素和涂层后处理三种方法,对涂层性能提升的发展方向进行了探讨。

海洋生物污损是海洋装备设施面临的最严重问题之一,显著威胁装备设施的服役性能和安全可靠性,研发能够显著提升装备设施防污性能的高性能、长期效、绿色环保防污技术是当前海洋防污领域的研究热点。综述现有常见防污技术的研究进展,在介绍海洋生物污损形成过程及危害的基础上总结了传统有机防污涂料的发展历程及优缺点;重点总结污损脱附型防污技术、污损阻抗型防污技术、仿生型防污技术以及新型环境友好型防污技术的研究现状,对其防污机理及特性进行概述,并指出各类防污技术存在的问题;从激光熔覆防污涂层及热喷涂防污涂层等入手介绍新型无机防污技术的研究进展及应用方向;对海洋防污技术发展面临的难点及未来发展方向和趋势进行展望,可为高性能、长期效、环境友好海洋防污技术的研发提供参考。

新型智能润滑材料和表面具有按需响应、主动应变的特征,这种类生命体自调节机制赋予在役摩擦副自主感知外界环境刺激并进行界面润滑状态自适应调控的功能,为航空航天、军事武器等高端装备“在线感知-决策-执行”转型升级提供了新解决方案。同时,人工智能（AI）驱动的润滑材料逆向设计革新了传统试错模式,实现了摩擦副表面润滑基于需求的高效靶向定制,为构建满足各类复杂工况的高性能、高可靠润滑材料和表面体系提供了新路径。润滑材料和表面智能化发展正在逐渐重构机械表面界面科学研究范式,有望为前沿润滑理论和技术研究提供新的突破口。以智能润滑材料和表面技术及其AI创制为切入点,梳理具有自润滑、自修复、自诊断等功能的润滑材料和表面研究现状,以及AI加速其逆向设计的前沿进展,并对未来先进表面润滑材料智能化发展趋势进行展望。

随着集成电路、功率器件等高端半导体器件向微型化与高性能化发展,单晶硅、碳化硅、氮化铝、氧化镓、氮化镓等半导体材料的超精密加工面临原子级精度需求。作为半导体基片平整化与减薄加工的核心工艺,原子级磨削技术直接决定了器件的使役性能,成为制约芯片制造精度的关键技术瓶颈。为了实现半导体基片的原子级磨削加工,需要对半导体基片超精密磨削理论和工艺全面深入的理解。围绕半导体基片原子级磨削加工的表面材料去除机理和加工工艺两个方面,对国内外研究现状进行了系统的论述与总结,分析了目前半导体基片原子级磨削技术面临的难题及未来的发展趋势,以期为后续相关技术的深入研究提供理论支撑。

3D打印SiC陶瓷因其轻质高强、耐高温及优异的力学性能,在航空航天、能源加工等领域受到广泛关注。为改善3D打印的SiC陶瓷表面摩擦性能,采用溶胶法结合离心雾化干燥制备三种不同成分的YSZ-Al₂O₃-CaF₂-C热喷涂用复合粉体,利用大气等离子喷涂技术在陶瓷表面沉积对应的复合涂层（Ca0C0、Ca5C10、Ca10C5）,并详细研究复合涂层的微观结构及其在室温和600 ℃下的摩擦性能和磨损机制。结果表明,三种复合涂层呈典型的层状结构,主要由YSZ、Al₂O₃和m-ZrO₂物相组成,其中Ca10C5和Ca5C10涂层中还有CaF₂、C相。未加CaF₂、C润滑相的Ca0C0涂层在室温和600 ℃下的磨损率最低,但具有最大的摩擦因数。加入CaF₂和C润滑相的Ca5C10和Ca10C5涂层在室温和600 ℃下的摩擦因数均大幅减小,体现出较好的自润滑性能。但加入润滑相后,涂层的硬度降低且涂层内部的孔隙缺陷增加,从而伴随磨损率升高。综合来看,Ca10C5涂层具有较低的摩擦因数（室温下0.239、600 ℃下0.175）和较低的磨损率（室温下1.02×10^-5 mm³ / (N·m)、600 ℃下0.84×10^-5 mm³ / (N·m)）,体现了良好的自润滑和耐磨性能,其磨损机制主要为黏着磨损和磨粒磨损。

现有超疏水涂层在风力机叶片防覆冰应用中存在制备复杂和耐久性不足的问题。为解决这一问题,采用二步喷涂法在玻璃纤维增强环氧树脂基材上制备出接触角达156.1°的超疏水复合涂层。将疏水性的氟碳树脂作为粘合剂层喷涂后,再将γ-（2,3-环氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷偶联剂改性的二氧化硅纳米颗粒分散体喷涂到半固化的粘合剂层,通过自由沉降使得纳米颗粒在氟碳树脂内均匀分布,并增加涂层的疏水性。研究表明：复合涂层表面形成典型的超疏水微纳米结构,涂层中各元素分布均匀。涂层经400目砂纸磨损160个周期后,接触角、滚动角分别保持在152.9°和8.7°。超疏水复合涂层表面在-12 ℃工况下,结冰粘结强度为97.6 kPa,相较未涂层表面降低了72.1%,延迟结冰时间长达2 413 s,相较未涂层表面增加了574%;模拟雨凇动态覆冰工况下,覆冰质量为4.63 g,相较未涂层表面减少了54.58%。二步喷涂法和自组装沉降技术有效提高了超疏水复合涂层的防覆冰性能和耐久性,为风力机叶片防覆冰领域的实际应用提供了新的解决方案。

纳秒激光直写（NDLW）是一种通过纳秒脉冲激光束在材料表面实现局部加工的技术,广泛应用于微米尺度结构的制备。该方法通过激光烧蚀或光化材料,实现对材料表面进行刻蚀与形貌调控。通常,经NDLW处理的抛光金属表面表现出（超）亲水性,随后通过环境空气中有机物的吸附、低温退火或激光二次处理等绿色环保处理方式,可实现表面润湿性的转变,获得（超）疏水性表面。所制备的超疏水表面具有防霜防冰、流体减阻、抗菌等多种优异性能,在航空航天、生物医疗等领域具有广阔的应用前景。系统阐述润湿性调控的理论基础及纳秒激光加工金属材料的物理机制,重点综述在无化学修饰剂参与的条件下,通过环境友好型处理方式实现金属表面由（超）亲水性向（超）疏水性转变的研究进展,并探讨相关转变机制。最后对当前研究现状进行总结,并提出未来发展方向,旨在为相关领域研究人员提供全面的参考与借鉴。

旨在探讨摩擦伏特效应及其在能量收集与智能传感器中的应用。半导体异质结界面发生滑动时,摩擦会激发界面电 子-空穴对,电子-空穴对在半导体界面电场作用下发生定向迁移,产生直流电,这一过程被称为摩擦伏特效应。基于摩擦伏特效应的机械能收集器件被称为摩擦伏特纳米发电机。摩擦伏特纳米发电机能够直接输出直流电,且具有低阻抗的输出特性,因此受到广泛关注。首先阐述摩擦伏特效应的内涵,总结摩擦伏特效应研究中的关键科学问题：电子-空穴对激发机制与界面电场形成机理。其次介绍摩擦伏特效应在能量收集以及智能传感方面的应用及其优化方法。围绕摩擦伏特效应中的能量传输规律,提出摩擦伏特效应研究中的摩擦学问题以及表界面工程问题,以及几何结构非对称和摩擦诱导界面非对称因素对摩擦伏特效应存在潜在贡献的观点。最后指出摩擦伏特效应未来的研究将呈现多元化、智能化的发展趋势,优化材料的表面结构、提高稳定性、输出功率以及耐久性将成为摩擦伏特纳米发电机发展的关键方向。通过这些技术突破,稳定性、输出功率以及耐久性全面提升,摩擦伏特效应有望在实际应用中得到广泛部署,并在智能传感、环境监测、可穿戴设备等领域发挥重要 作用。

增材制造316L不锈钢及其零部件具有高效、自由成型、优异力学和腐蚀性能等优势,为矿山机械及工程装备关键零部件、液压元件等结构—功能一体化制造奠定了基础。然而,增材制造316L不锈钢耐磨性不足,极大限制了其广泛应用。尝试采用超声表面深滚压（USSR）方法改善选区激光熔化（SLM）制造316L不锈钢的微观组织,进而提高其耐磨性。微观组织表征表明,USSR方法在SLM制造316L不锈钢表层形成梯度异质结构,表层晶粒细化至87 nm。室温磨损试验表明,相较于SLM试样,USSR试样在干摩擦和乳化液润滑条件下磨损体积分别降低了46.93%和49.58%。耐磨性提高主要来源于梯度异质结构带来的高硬度和变形抗力。研究结果为改善增材制造316L不锈钢及其零部件的耐磨性提供了新的途径。

氧化铈（CeO₂）磨料广泛应用于光学玻璃的表面平坦化加工,其粒径尺寸对玻璃去除速率和表面质量有着至关重要的影响。现针对K9玻璃的高去除速率和高表面质量要求,研究五种不同粒径CeO₂磨料在单一及混合使用条件下对K9玻璃化学机械抛光（CMP）性能的影响。采用H₂O₂处理CeO₂抛光液来对材料的总去除速率进行量化分解,并结合XPS表征分析,揭示不同粒径CeO₂磨料的去除机制。结果表明,随着单一CeO₂磨料粒径的增大,K9玻璃的去除速率经历了先增大后减小的变化,抛光后的表面粗糙度经历了先减小后增大的变化,并在粒径50 nm和300 nm时分别获得较高的材料去除速率（99.53 nm / min）和较低的表面粗糙度（1.27 nm）。同时,粒径50 nm与300 nm的混合CeO₂磨料显著提高K9玻璃的去除速率,当二者的质量比为1∶2时,K9玻璃获得了良好的去除速率（121.72 nm / min）和良好的表面粗糙度（1.24 nm）。CeO₂磨料的机械磨削作用与其粒径呈正相关,而化学活性则与粒径呈负相关。CeO₂磨料化学机械协同作用是材料去除的主要方式,混合磨料体系结合了小粒径磨料化学作用强和大粒径磨料磨削作用强的优势,提升了K9玻璃的抛光性能,其研究结果将为K9玻璃等光学材料光整加工的抛光液研发提供较好的参考。

随着柔性电子、微机电系统以及集成电路的快速发展,材料表面微加工需求日益迫切。现有湿法工艺及基于半导体的表面微加工技术在加工效率和环保等方面存在诸多局限。大气压冷等离子体射流表面微加工技术具有绿色环保、成本低廉、温度低、纯干法、无机械接触、活性强等优点,可以实现材料表面局域改性、图形化刻蚀以及功能薄膜沉积等,在表面微加工方面应用潜力巨大,但是对大气压冷等离子体射流表面微加工的研究进展尚缺乏系统综述。总结和分析大气压冷等离子体射流产生方式及常用电极结构形式;重点阐述大气压冷等离子体射流材料表面微加工技术的研究现状;探讨等离子体射流表面微加工技术目前还存在的主要问题,并指出其未来发展方向,以期增进对大气压冷等离子体射流表面微加工新方法和新技术的认识,提升大气压冷等离子体射流在柔性电子、微机电系统以及集成电路等先进制造领域的应用水平。

碳化硅具有低膨胀系数、高热导率、抗辐照等诸多优良特性,其制备的刹车材料近年来在轿车和飞机等制动系统中得到广泛应用。然而,碳化硅的硬度很大,使用传统加工工艺很难对其进行加工。同时,碳化硅的本征亲水特性使其表面易产生污垢和结冰,进而缩短材料使用寿命。提出一种激光-化学复合加工工艺制备超疏水碳化硅材料表面,通过纳秒激光烧蚀在碳化硅材料表面构造微纳结构,利用硅烷乙醇混合溶液修饰和热处理工艺,成功制得超疏水表面。通过激光共聚焦显微镜和扫描电子显微镜对超疏水碳化硅材料表面形貌进行表征,并根据EDS能谱和XPS能谱分析表面化学成分,阐明表面结构和表面化学对于表面润湿性的影响机理。超疏水碳化硅材料表面在性能表征试验中表现出优异的自清洁性、抗腐蚀性、抗结冰性和耐磨损性,这表明该激光-化学复合加工工艺能够制备性能稳定的超疏水碳化硅材料表面,最终得到一种性能良好的碳化硅材料表面的制备理论与方法。研究工艺成本低,有望为未来碳化硅的激光功能化制备工艺奠定基础,拓展碳化硅在不同领域的科学研究和工程应用。

铁基非晶合金以其优异力学性能、软磁性能和耐磨耐腐蚀性能,被广大研究者所关注。但铁基非晶合金块体材料的室温脆性及尺寸限制严重影响其在表面防护中的应用,而铁基非晶涂层在突破非晶合金块体材料的室温脆性及尺寸限制的基础上还保持了其高硬度、高耐磨耐腐蚀性能的特点,使其能出色地应用于零件的表面防护,因此针对铁基非晶涂层的研究现状进行系统地总结。主要从铁基非晶涂层材料、涂层制备技术、涂层耐磨耐腐蚀性能以及实际应用四方面综述了近年来铁基非晶涂层的研究进展。结果表明：铁基非晶涂层材料中“Fe-ETM-LTM-M”型的铁基非晶合金粉末的玻璃形成能力最高,雾化法制备出的铁基非晶合金粉末最适用于非晶涂层制备;热喷涂技术制备出的涂层成分均匀,结构致密;激光熔覆技术制备出的涂层能与基体形成冶金结合,结合强度高。因此热喷涂技术和激光熔覆技术成为制备铁基非晶涂层最常用的两种技术,并且都可通过相应的技术调整或添加辅助场手段使制备出的铁基非晶涂层性能更佳;在制备涂层过程中,调配元素组成、增强相的加入和预 / 后处理都可以为铁基非晶涂层的耐磨耐腐蚀性能的改善做出贡献,扩大了其在复杂工况中的应用前景;铁基非晶涂层通过科研技术人员的性能调控,已在军事、核工业、电力材料防护等方面发挥关键作用。从上述四个不同的角度阐述了铁基非晶涂层的性能提升以及实际应用现状,以期为广大铁基非晶涂层开发的科研技术人员提供参考。

汽车零部件、模具机床、医疗器械和航空航天等行业均涉及到难加工材料的切削加工,其切削过程会受到力与热的强烈耦合,而在切削刀具表面涂敷硬质涂层能够降低其在切削过程中产生的切削力和切削热。随着我国高端制造业的不断发展,切削刀具会因硬质涂层的韧性不足导致其在关键部件的加工过程中过早损伤破坏,甚至灾难性断裂。通常通过梯度设计克服传统材料硬度-韧性等必要性能相互冲突的机械特性,并赋予其特殊功能。因此,总结了几种典型的梯度硬质刀具涂层。在涂层的梯度设计上,元素成分梯度结构能够增强涂层与基体及各涂层之间的匹配,从而降低涂层内应力并抑制裂纹的萌生和扩展。与元素成分梯度涂层相比,多层梯度结构能够综合多层结构和梯度结构的优势增强涂层的综合性能,且更容易实现。在梯度硬质刀具涂层的性能评价方面,目前主要依靠试验直观分析涂层的力学性能。通过试验结合模拟计算,或利用机器学习方法对涂层进行快速、高效的性能评价仍然是一个挑战。硬质刀具涂层的梯度设计及其性能评价的研究结论,可为硬质刀具涂层的梯度设计及其性能评价提供理论认识。

高速机载导弹弹体结构热防护涂层材料及防热涂装工程技术在产品研制、批产交付、使用维护和战斗力发挥等方面发挥重要作用。该类产品产量大,且任务剖面和寿命剖面具有服役环境严酷、使用维护要求高等特点;其批产交付有别于航天飞行器、箱式或筒装的战略 / 战术导弹及常见机械、船舶等装备设施所用常规表面涂装技术以及实验室材料制备、测试和表征。以实现先进性能、稳定批产交付高可靠性产品为目标,针对产品结构热防护自主工程研制面临批生产规格繁多、形貌复杂、数量大、已有涂装材料工艺施工难、周期长、质量不易监控、故障多及成本受限等诸多困难及工程问题,开展一系列表面工程技术应用研究。结合该产品结构和使用维护、任务与寿命剖面特点的深度分析,研讨产品适用的外防热涂层、内隔热涂层工程材料体系的选用,大批量、高效防热涂装生产技术研发以及产品质量监控相关的理化检测、工序检验和交付检验及故障处理等直接影响批产交付相关专项技术所开展的应用研究和工程实践。研究结果可为相关材料的改进、新研和工程应用提供有益的借鉴和参考。

为有效提升海洋工程混凝土结构耐久性,研究不同混凝土保护层厚度、混凝土种类、强度等级、暴露区域以及附加防腐措施对海洋工程混凝土结构服役寿命的影响,提出提升海洋工程混凝土结构服役寿命设计建议。结果表明：相同海洋暴露区域下,随着混凝土强度等级和保护层厚度的增加,珊瑚骨料混凝土（CAC）和普通骨料混凝土（OAC）结构服役寿命均逐渐提升;相同混凝土强度等级下,OAC结构的服役寿命明显高于CAC结构;海洋水下区下,对于常规保护层厚度为6 cm的CAC / OAC结构,即使混凝土强度等级达C50,其服役寿命仍较低,需要通过内掺、外涂等附加防腐措施,提升其结构耐久性;综合考虑工程成本和结构耐久性等因素,建议近海工程采用OAC结构。当混凝土强度等级为C50以上、保护层厚度大于14 cm、采用外涂高渗透环氧防护材料SP时,其水下区结构服役寿命可达100年;建议远海工程采用CAC结构,当混凝土强度大于C65、保护层厚度为10 cm时,同时采用内掺复合活性矿物掺合料CCP-4超早强功能材料（MA）与外涂博力 康^®SP105高渗透环境防护材料（SP）的联合防腐措施,可大幅提升工程结构服役寿命。

玻璃微透镜阵列在消费电子和生物传感等领域具有广泛应用,玻璃模压成形被认为是该类元件批量化生产中极具前景的制造技术。由于微透镜阵列结构的复杂性,模压成形过程中存在玻璃填充不均匀和应力分布复杂等问题,导致成形质量较低。为优化模压工艺,结合有限元仿真和试验测试系统研究微透镜阵列成形过程中玻璃的填充行为。建立玻璃模压成形有限元模型,揭示模压温度、模压速率、摩擦因数、透镜中心间距等因素对微透镜阵列填充行为和应力分布的影响规律。试验与仿真结果具有很好的一致性,验证了仿真模型的正确性。最终,采用550 ℃的模压温度、0.01 mm / s的模压速率和110 μm的下压深度,在D-ZK2玻璃平面预形体上模压获得均匀一致的微透镜阵列,表面粗糙度Sa为4.2 nm,单个透镜面型峰谷误差约为1.6 μm,成像分辨率为203.2 lp / mm。

二氧化钛纳米管（TiO₂ NTs）作为一种新型表面改性材料,因其独特的纳米结构、高比表面积及优异的抗菌和药物缓释能力,已成为生物医用材料研究的热点。系统综述TiO₂ NTs的构建方法及其在抗菌领域的应用进展,重点分析纳米管在细菌感染控制中的作用及其对药物释放的调控机制。同时,探讨多种抗菌剂的分类及负载方法,包括物理吸附、层层自组装和溶液浸渍等技术,并分析封接技术在提升药物释放效率中的关键作用及影响因素。尽管TiO₂ NTs在抗菌性能和生物相容性方面展现出巨大潜力,其实际应用仍面临结构稳定性、药物释放精准度及长期安全性等挑战。未来研究应聚焦于优化纳米管设计、开发多功能复合材料并通过临床试验验证其长期效果,以进一步推动其在医学领域的广泛应用。

铝系金属间化合物以其优异的高温力学性能、抗高温氧化与腐蚀性能和低密度的特点,作为防护涂层和结构件在航空航天等领域具有广泛的应用前景。室温脆性大的特点导致铝系金属间化合物在激光选区熔化或电子束熔化等高能束增材制造时,存在缺陷多、易开裂等系列工艺难题。冷喷涂技术作为一种低温固态材料沉积技术,有望在较低的热输入条件下制备铝系金属间化合物,避免高能束增材制造中的开裂难题。对此总结近年来国内外在冷喷涂技术制备铝系金属间化合物方面的研究进展。总结包括采用直接金属间化合物粉末沉积、单质金属混合粉末冷喷涂与后热处理、机械球磨伪合金粉末与热处理等粉末设计与制备技术路线对冷喷涂沉积行为及沉积体性能的影响;归纳搅拌摩擦后处理与热等静压等后处理工艺对沉积体显微结构和性能的影响规律;对比分析不同技术路线的优点与局限性,以期为冷喷涂增材制造铝系金属间化合物提供指导。

化学机械抛光是实现砷化镓原子级精度表面加工的关键技术,其对材料去除的过程由摩擦化学作用主导。因此深入研究化学机械抛光中摩擦化学去除机理,有助于其加工表面质量的提升。借助原子力显微镜分别在酸性环境（pH值约为4）、中性环境（pH值约为7）、碱性环境（pH值约为10）下利用二氧化硅微球针尖对砷化镓表面在进行纳米磨损试验。采用透射电子显微镜对材料去除区域进行表征,同时结合密度泛函理论计算阐明化学机械抛光中的原子去除机制。试验结果表明,碱性环境下,砷化镓表面材料去除最为严重。透射电子显微镜分析结果显示材料去除区域晶格结构完整,表明摩擦化学反应占主导地位。密度泛函理论计算表明,碱性环境中的界面电荷转移最为明显,也表明OH^-通过促进Si-O-Ga键桥形成和削弱Ga-As键的强度导致材料发生去除。研究结论还可为优化其他二元材料的化学机械抛光工艺提供指导。

以防冰涂层为代表的工程机械表面防除冰策略被广泛研究,然而大量工作聚焦于讨论防除冰机制和方法,较少涉及防冰涂层在工程应用领域的研究现状和重难点问题,因而须对当前防除冰技术在工程应用领域的研究现状和关键问题进行梳理和分析。当前防冰技术研究的重点在于克服传统方法效率低、成本高等问题,研究人员基于仿生学原理,开发了多种防冰涂层技术。总结超疏水、超润滑以及抗冻蛋白等仿生防冰涂层的防冰机制及其制备工艺,重点探讨仿生防冰涂层面向工程化应用的性能评价方法、施工工艺研究以及应用验证。提出仿生防冰涂层在工程化应用中所面临的挑战与局限,并对未来的研究趋势进行展望。目前仿生防冰涂层的研究和制备取得显著进展,为实现涂层广泛工程应用,仍须进一步优化涂层防冰性能、简化工艺流程并建立防冰综合评价体系。综述仿生防冰涂层的研究现状可为防冰涂层的工程应用提供思路与方法。

现代金属切削加工正向着高速、高精度和高效的方向发展,对刀具的性能有着越来越高的要求。利用表面技术对刀具表面进行改性,是提高刀具性能和寿命的有效途径。使用多弧离子镀膜技术在YG6硬质合金以及三刃立铣刀表面制备了CrAlN / CrN / Cr、TiAlN / CrN / Cr、CrAlN / TiAlN / CrN / Cr三组涂层,并对三种涂层的制备技术、微观结构与性能差异、及耐磨与切削寿命提高机制进行研究。X射线衍射分析表明,三种涂层均为面心立方结构,其中TiAlN涂层表现出（200）晶面择优取向,而CrAlN和CrAlN / TiAlN涂层则表现出（111）面的择优取向。使用显微硬度计和划痕仪对涂层的显微硬度和结合力进行测试,结果表明CrAlN / TiAlN多层涂层的显微硬度和膜基结合力分别为2651 HV和59.2 N,显著高于TiAlN和CrAlN涂层。采用高温摩擦试验机评价了三种涂层的摩擦学性能,结果表明CrAlN / TiAlN多涂层的摩擦性能优于TiAlN涂层和CrAlN涂层,室温下其平均摩擦因数和磨损率分别为0.603和2.92×10^-6 mm³(N·m)^-1。当温度增加到400 ℃时,CrAlN / TiAlN涂层的平均摩擦因数进一步降低为0.467,磨损率增加至1.31×10^-5 mm³(N·m)^-1。铣削试验结果显示,TiAlN涂层刀具、CrAlN涂层刀具和CrAlN / TiAlN涂层刀具的铣削寿命相对于无涂层刀具分别提升了80%、140%和200%,被加工样件的表面粗糙度分别降低至462 nm、415 nm和402 nm。研究结果表明CrAlN / TiAlN涂层在现代切削加工领域有着良好的应用潜力。

利用激光熔覆技术在AISI 1045钢基体上制备FeCoCrNiAl_0.5Ti_0.5高熵合金（HEA）涂层,并对涂层的微观组织与摩擦磨损行为展开探究。微观组织表征结果显示,HEA涂层主要由体心立方（BCC）和面心立方（FCC）结构组成,且由于调幅分解,部分BCC相转变为L2₁结构。在固溶强化及细晶强化作用下,涂层平均显微硬度达到了546.0±16.3 HV_0.2。对基体和涂层的干摩擦磨损测试结果表明,涂层具有优异的耐磨性,其干摩擦磨损率为1.41±10^-4 mm³ / (N·m),仅为基体的35.74%。在3.5wt.% NaCl溶液中浸泡不同时长后对涂层进行湿磨擦磨损测试,结果表明,涂层湿磨擦的磨损率随着浸泡时间的增加显著升高,未浸泡涂层磨损率为1.11×10^-5 mm³ / (N·m),而浸泡15 d涂层的磨损率达到了3.08×10^-5 mm³ / (N·m)。此外,涂层的干摩擦磨损主要磨损形式为三体磨损和磨粒磨损,而湿磨擦磨损过程则受到腐蚀、氧化磨损和三体磨损等共同作用。