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。

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。

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。

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。

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。

为了应对航空发动机服役温度的升高对高性能热障涂层（Thermal barrier coatings, TBCs）材料的迫切需求,高熵陶瓷材料的合成及性能评价为新型TBCs材料的开发提供了新的思路。研究表明,由于存在四种独特的效应,与传统TBCs材料及单组元TBCs材料相比,高熵TBCs陶瓷的成分设计及性能调控灵活,综合性能也更为优异。总结了高熵热障陶瓷的研究现状,基于高熵陶瓷材料的微观结构及质点间成键性质从热导率、热膨胀性能、高温抗烧结性及相稳定性、力学性能及抗CMAS腐蚀性能等五个方面对高熵TBCs材料的组分设计及性能优化进行了分析总结。成分设计时,具有较大的质量差和离子半径差的不同组元成分进行固相合成,形成较大程度的晶格畸变,扩大声子碰撞几率,可降低热导率;电负性相差较小的阴阳离子可形成具有较弱键合强度的离子键,易于获得高的热膨胀系数,同样,形成较强键合强度的离子键有益于力学性能的提高;半径相差越大的元素离子竞争同一晶格点位,越易形成更为严重的晶格畸变,阻碍物质扩散,表现出迟滞扩散现象。研究旨在为高熵TBCs材料的成分设计及性能优化调控提供一定的理论指导。

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。

海洋生物污损频繁附着于海上设备表面造成设备损坏,严重影响海洋资源的开发,已成为海上设备亟需解决的重要难题。开发高效实用的防污手段一直是国内外海洋防污领域的研究重点,在多种防污手段中防污涂层因其防污效果出众、操作便捷等优势备受欢迎。介绍了传统防污涂层和新型防污涂层的研究进展,归纳了不同涂层的防污体系和研究现状,分析了各类涂层的防污机制,讨论了不同涂层的防污性能,系统阐述了各种涂层的防污特性和待解决的难题,最后提出协同防污策略的重要性,并展望了未来海洋防污涂层的发展方向。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

柔性可穿戴电子器件因其轻薄便携、集成度高以及保形性好等特点在医疗保健、运动跟踪及环境监测等领域获得广泛关注。然而,特殊的使用环境使得其长期稳定性受到外界环境及受试者体表分泌物等复杂水合环境的挑战。超疏水表面因其特殊的防水、自清洁、抗腐蚀、抗菌等功能,为可穿戴电子器件及其供能设备的性能提升及延寿提供了新契机。简述了柔性可穿戴电子器件的研究进展;揭示了超疏水表面的主要原理和影响因素;汇总了超疏水表面的主要制备方法及其各自优缺点;简述了超疏水表面在可穿戴传感器、能量转化器件及储能器件方面的应用;指出高机械稳定性、良好的环境耐久性以及高透光率是未来超疏水表面在可穿戴器件上实现应用与发展的重点与难点。

超精密表面磨抛是制造高端氮化铝基宽禁带半导体芯片及器件的关键工艺。氮化铝为硬脆难加工材料,采用传统纳米磨削等工艺对其加工存在效率低和易损伤等难点。引入超声振动可以提高磨削加工中工件材料的去除率、降低其亚表面损伤。然而,目前对氮化铝超声振动辅助纳米磨削去除机理的认识尚浅,振幅和频率的影响规律和微观作用机制不明。为此,开展了不同条件下氮化铝表面超声振动辅助单金刚石磨粒纳米磨削过程的分子动力学仿真,从原子层面探究振幅和频率对纳米 / 亚纳米级材料去除和亚表面晶格损伤的作用机制。研究结果表明：增加振幅或频率可在降低磨削力的同时,提高材料去除率,降低表面粗糙度和亚表面晶格损伤。随着振幅的增大,磨削力线性减小,去除体积线性增大,位错分布范围减小,材料去除行为由单一的塑性域去除逐渐向复合去除方式转变。当频率达到1 GHz时,磨削力急剧下降。在超高频振动的影响下,工件局部出现高温,同时磨粒的冲击作用显著增强,导致去除体积大幅增加。此时,磨削表面呈现出均匀稳定的原子层状剥离现象,亚表面则近乎零损伤,无位错和非晶结构。研究结果可为硬脆半导体材料高效率、低损伤的超精密磨削加工工艺条件优化提供理论参考。

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。

精准医疗的发展亟需高效、稳定且多功能的生机界面。大自然中丰富的微纳结构与功能机制为生机界面设计提供了重要的灵感源泉,但面向精准医疗的生机界面仿生设计仍然缺少深入、系统的综述研究。系统梳理生机界面设计中的典型仿生策略,重点介绍防粘、粘附增强、液体定向传输与微针穿刺等生物功能结构的原理及其在界面构建中的应用价值,探讨激光加工、3D打印等前沿制造技术在实现多尺度仿生结构制造方面的优势与局限。结合精准医疗领域中的典型应用实例,包括防粘电刀、粘附贴片、可穿戴微流体诊疗传感器与药物递送系统,展示出仿生结构在提升界面适配性、功能集成度与临床适用性方面的显著优势。最后,展望人工智能、智能响应材料、多材料3D打印等新兴技术对推动仿生生机界面发展的重要作用。主要提出结合智能材料的动态化仿生设计和结合人工智能的智能化界面设计的指导性观点,可填补行业和领域目前缺少这类综述文章来引领的空白,对未来精准医疗中生机界面的仿生设计制造的发展具有一定借鉴意义。

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。

单晶碳化硅（SiC）是一种性能优异的宽禁带半导体材料,广泛应用于高功率电子器件和光电子领域。然而,高脆硬性和强化学惰性使得其高效、低损伤抛光难度极大。因此,基于光催化化学机械抛光工艺施加超声振动,研究超声辅助光催化的协同增效机制与多能场作用下材料去除机理,有助于推动多能场协同抛光方法的发展。通过不同频率（0、22、25、28、40 kHz）超声辅助光催化氧化性能表征和静态腐蚀试验,探究超声振动对羟基自由基生成速率和SiC表面氧化程度的影响规律;开展抛光工艺试验,分析材料去除率和表面粗糙度的变化情况。结果表明：施加22 kHz超声振动时,抛光液褪色时间229 s、腐蚀后试件表面氧元素含量2.94at.%、材料去除率503.47 nm / h、表面粗糙度48.28 nm。相对于光催化氧化,超声辅助使褪色时间降低117.90%、氧元素含量提高215.96%、材料去除率提高52.63%、表面粗糙度降低91.30%。在光催化化学机械抛光基础上引入超声振动,可以提高光催化剂活性和磨粒的动能,增强氧化速率和去除效率,实现更加高效的单晶SiC抛光。

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。

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。

类金刚石薄膜（DLC）因其卓越的耐磨性、低摩擦因数、高硬度等特点,在汽车工业、航空航天、机械制造等领域得到广泛的应用。为了延长机械零部件在磨损、腐蚀等环境下的服役寿命,目前开发了多种先进的DLC薄膜性能调控技术,实现了对机械零部件性能的强化。研究领域的相关内容和方法正在不断地丰富和完善,但目前缺少这类综述论文,此类论文对于引领整个行业和领域的发展显得尤为重要。从DLC薄膜的制备技术、工艺参数优化、元素掺杂改性、梯度构筑和表面织构化等方面,系统总结国内外相关耐磨性能的研究工作。大量研究发现,适当调控工艺参数可以提高DLC薄膜的硬度和耐磨性;元素掺杂可以改善DLC薄膜的结构和性能,实现高弹性恢复、低摩擦磨损;梯度构筑可以增强DLC薄膜的附着力、硬度、抗磨损性;表面织构化可以改善DLC薄膜的摩擦学性能。因此,通过精细调控工艺参数、掺杂元素和含量、表面结构设计等,可以有效改变DLC薄膜的微观结构,增强其附着力、硬度和抗磨损性,这些改进有助于延长机械零部件在严苛条件下的使用寿命。通过全面调整DLC薄膜的制造工艺及其他策略,以实现其耐磨性能的全面提升,填补了行业内对DLC薄膜性能优化方面系统性综述的空缺,对相关技术领域的进一步发展具有重要的指导性意义。

为了提升激光熔覆损伤修复件中孔隙的检测精度,以调整激光熔覆工艺参数,从而减少熔覆层气孔、开裂等缺陷,提升激光熔覆层质量,开展IN718镍基合金不同工艺参数下的激光熔覆试验,并开发一种改进型SP-YOLOv5孔隙检测算法。在输入层与卷积层之间增加Coordatt注意力机制模块,从而增强特征图的空间位置信息权重;改写YOLOv5网络结构,以增强网络模型对孔隙类小目标的检测能力;采用Soft-NMS代替原有NMS（非极大值抑制）进行检测结果后处理,进一步降低网络漏检率;将SP-YOLOv5算法孔隙检测结果与YOLOv5、FasterRCNN、RCNN以及ImageJ软件分析结果进行对比,得出SP-YOLOv5算法模型比其他算法模型的精度最高提升了10.57%;在此基础上,通过对激光熔覆熔池温度、熔池面积及熔覆层横截面孔隙率、熔宽、熔高、熔深等的测量,基于Stacking算法建立激光熔覆工艺参数与孔隙率的回归预测模型,并采用目标优化算法获得了较优激光熔覆工艺参数组合（激光功率1 330 W、扫描速度460 mm / min、送粉率13 g / min）,对熔覆件进行孔隙参数测量,结果显示,在这些优化参数下,Stacking模型预测的孔隙率与实际测量值的一致性达到97.5%,验证了优化方法的有效性,研究结果可为激光熔覆层孔隙缺陷的有效控制提供理论依据。

集成电路（Integrated circuit,IC）制造的快速发展对化学机械抛光（Chemical mechanical polishing,CMP）工艺的精度要求愈加严格。面向金属CMP工艺,实现精确在线终点检测是保障材料去除量可控及可靠工艺质量的技术基础。与基于摩擦或光学等其他常规在线终点检测方法相比,电涡流检测方法具备灵敏度高、响应速度快且抗干扰能力强等优势,是目前有效解决铜CMP工艺过程中晶圆表层铜膜厚度在线检测问题的最优方案。针对纳米级金属薄膜厚度检测问题,通过建立电涡流传感器在电磁场与电路耦合作用下的仿真模型,揭示了检测线圈和检测电路信号转换模块的基础参数对检测性能的作用规律,并开展电涡流传感器研制工作,提出了器件优化设计方法。在此基础上,进一步揭示了提离距离波动和环境温度变化等对于检测线圈的影响规律,并分别建立测量误差量化评估模型与特征分量解耦计算方法。最后,通过搭建纳米级金属薄膜厚度电涡流检测系统,开展相关检测性能试验。根据试验结果,自研电涡流检测系统对于铜薄膜厚度可在1.5 μm大量程下实现纳米级精度测量。相关研究工作将助力高质量磨抛工艺中高精度在线检测技术的发展。

MAX相碳化物陶瓷是一类非常有前景的高温结构材料,多种化学键的共存使其具有陶瓷和金属双重性能以及优异的化学稳定性、耐腐蚀、抗氧化性、耐摩擦磨损和可加工性等潜在优势,有望解决极端环境中关键运动部件的宽温域润滑和磨损问题。以MAX相碳化物陶瓷材料的宽温域润滑性能为中心点,介绍了几种典型的MAX相的制备工艺及宽温域润滑研究现状,详述了常见MAX相材料体系的性能特点,阐明高温环境下材料元素和结构的演变规律及其与高温润滑的关系;分析了MAX / 金属、MAX / 陶瓷及其他复合体系协同润滑的作用,总结了MAX 相作为增强相在协同摩擦、高温摩擦中的磨损机理;另外,对新型高熵MAX相陶瓷的设计和多元素固溶所存在的关键问题进行讨论,阐明高熵化对MAX相的高温摩擦学性能的影响机制。为设计新型宽温域自适应润滑材料提供新思路和理论依据。