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近年来，镍氧化物超导电性备受关注，全球多个科研团队在常压和高压条件下，发现了多种镍氧化物材料的超导电性。来自中国和美国的研究团队通过独立、相异的研究路径，发现了常压下双层Ruddlesden-Popper结构镍氧化物薄膜的高温超导电性，为深入研究高温超导机理提供了全新的平台。中国团队基于自主发展的“强氧化原子逐层外延”技术，制备出具有原子级平滑表面的纯相双层结构镍氧化物超导薄膜。通过原位强氧化处理技术，可在原子级平整的薄膜表面开展ARPES等表面敏感测量，揭示超导相的电子结构特征，为超导微观机理的深入研究提供关键实验基础。通过协同开展晶格结构设计、稀土/碱土元素替代以及界面应力工程调控，我们有望进一步提升该体系的超导转变温度。
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地球上丰富的二硫化钼（MoS2）作为一种有前景的表面增强拉曼光谱（SERS）基底引起了人们的广泛关注，但由于其半导体特性而限制了其发展。因此，本文设计了一种MoS2/沸石咪唑酯骨架-67(ZIF-67)异质结构作为SERS基底，该基底具有优异的灵敏度，增强因子可达6.68×106。此外，利用MoS2/ZIF-67对胆红素进行无标记检测，检测限低至10-10 M。同时，该基底暴露在空气中4个月后，SERS性能基本保持不变，也表明该基底具有较高的稳定性和可重复使用性。该基底优秀的性能主要是由于MoS2的垂直分布结构能暴露出更多的活性位点。同时，ZIF-67具有较大的比表面积和丰富的孔洞结构，这也为分子提供了大量的吸附位点。此外，内部电荷转移诱导了高比例稳定1T相的形成，从而提高了电导率。本文为合理设计用于高灵敏SERS检测的无贵金属材料提供了有价值的参考。
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非晶合金高温流变行为是理解其结构演化与动力学行为的重要窗口，阐明其动力学弛豫行为与流变行为的内秉性关联是理解非晶固体变形行为的重要研究内容之一。本文基于动态力学分析仪从激活体积和缺陷演化动力学角度系统探究了三种La基非晶合金的高温流变行为与动力学弛豫特征的耦合机理。在自由体积理论框架下通过应变率跳跃实验结合揭示了非晶合金的流变应力随温度和应变率变化的双曲正弦依赖关系，建立了高温流变激活能与α弛豫过程的关联。参考应变率与温度正相关，反映非晶合金结构非均匀性对原子扩散速率的调控。此外，β弛豫激活能与高温流变平均激活能呈相反趋势，为β弛豫作为α弛豫前驱过程提供理论依据。缺陷湮灭与生成速率的动态竞争主导了非晶合金的高温流变行为，以动力学参量定量描述了非晶合金热力耦合变形特征。研究结果为非晶合金高温变形机制的微观解释提供了实验数据与理论指导，有利于优化其高温加工与成型工艺。
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利用波束成形或L形传感器簇方法对板类结构上的损伤进行定位时存在盲区。本文结合波束成形与L形传感器簇定位方法，通过将五个传感器排列成扇形的方式，提出了一种扇形传感器簇损伤定位方法，可以有效减少损伤定位盲区。使用两组扇形传感器簇以及一个用于发射激励信号的传感器即可准确检测出板中损伤的位置。通过仿真和实验验证了扇形传感器簇损伤定位方法的可行性，并与采用T形传感器簇时的预测结果进行了比较，结果表明扇形传感器簇损伤定位方法可以更准确地识别不同位置的损伤。仿真和实验结果表明，扇形传感器簇损伤定位方法可以减少损伤定位盲区，提高损伤定位的精度。
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本文研究了两相重费米子超导体CeRh2As2在不同磁场下的电热输运行为。零场电阻率显示，CeRh2As2在临界温度Tc=0.34 K发生超导转变。在外加磁场1 T时，电阻率在T0≈0.42 K附近出现极小值，该特征可能源于费米面嵌套引发的能隙部分打开，标志着体系进入磁有序态，但在零场条件下我们没有观察到这一现象。在T0至2 K的温区，体系表现出ρ~T0.44的非费米液体行为，暗示其靠近量子临界点。当外加磁场达到7 T时，超导转变被完全压制，电阻率在低温下恢复费米液体行为。CeRh2As2的零场热导率在Tc附近未观测到显著异常，这一现象可能与样品较高的剩余电阻率以及伴随超导转变和T0相变发生的载流子浓度下降相关，需要优化样品的制备从而减小晶格缺陷或化学无序对热输运测量的影响。施加磁场后，热导率曲线相较零场小幅上移。当温度为0.15 K时，热导率随磁场增加而升高，随着外场升至5 T以上，热导率趋于饱和。在7 T的正常态，我们发现电阻率和热导率满足Wiedemann-Franz定律，表明电荷输运与热输运均由同一类准粒子主导，这与该磁场下电阻率呈现的费米液体行为相吻合。
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柔性铁电材料在可穿戴电子领域具有重要应用前景，然而其动态弯曲过程中应变梯度与极化翻转的力-电耦合物理机制仍缺乏系统性研究．本研究基于相场模拟，系统探讨了(SrTiO3)10/(PbTiO3)10/(SrTiO3)10三层异质膜在U型和N型弯曲下的畴结构演化及其宏观电学响应．研究表明，通过改变弯曲变形方向可以产生方向相反的挠曲电场，导致电滞回线发生相应方向的偏移．此外，弯曲应变和应变梯度可驱动极性涡旋态与单畴态之间的拓扑相变，其中界面静电能、弹性约束及梯度能的协同作用对拓扑结构的稳定性起关键作用．本研究揭示了弯曲变形通过力-电耦合效应实现畴构型与电响应的定向调控机制，为高密度柔性存储器和能量收集器件的跨尺度设计奠定了理论基础，并进一步拓展了拓扑态工程在柔性电子领域的应用前景．
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航行器在水中行驶时产生的摩擦阻力是影响其耗能和速度最主要的原因，主动减阻技术对降低水下航行器航行过程中摩擦阻力，提升航行器综合性能具有重要意义．本文采用分子动力学方法研究了通入气体后Couette流在纳米通道内液体的流动特性和边界减阻特性，分析了表面润湿性、剪切速度和气体通入量对边界滑移速度和减阻效果的影响规律．研究结果表明：当气体以离散气泡形式吸附于固体表面时，气泡会阻碍近壁面液体流动及滑移减阻，增强表面疏水性、提高剪切速度及增加气体通入量可促进气泡横向铺展，减弱对液体流动的阻碍作用，提升滑移效果；提高表面疏水性、剪切速度和气体通入量均有利于离散气泡形成气膜；气膜形成后，剪切应力显著降低，滑移速度随润湿性、剪切速度和气体通入量的变化呈现不同的变化规律．研究结果为船舶和水下航行器中主动气膜减阻技术和表面结构设计提供理论依据．
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为深入理解扭角双层石墨烯系统中关联态之间的关系和超导配对机理以及扭转角度对超导电性的影响，本文采用大尺度无偏差的约束路径量子蒙特卡洛方法在构建的扭角双层石墨烯有效二轨道哈伯德模型中进行了系统的数值模拟。首先，从电声子耦合的层面，数值模拟结果显示晶格间近邻吸引库仑相互作用强烈地增强系统主导的手性d+id超导电子配对对称性，并且发现布里渊区Γ点附近的反铁磁序也存在同样的增强效应，这说明反铁磁序是形成手性d+id超导态的先决条件。更为重要的是此理论结果表明电声子耦合对调控超导电性具有重要的作用。其次，从双层石墨烯扭转角度的层面，我们讨论了扭转角度对超导电性的影响，数值模拟结果表明扭转角度在1.08°附近，随着扭转角度的减小系统主导的手性d+id超导电子配对对称性以及反铁磁序同样表现出增强的协同效应。最后，本文的研究结果为进一步揭示扭角双层石墨烯中的超导机理和提高系统的超导临界转变温度提供了重要的研究方向。
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层流-湍流的转捩问题是飞行器设计研制面临的重要气动难题。当飞行马赫数较高时，飞行器表面同时存在高温气体热化学反应与微孔隙效应，此时边界层失稳问题更加复杂，其机理认识尚不清楚。本文建立了同时考虑高温化学非平衡效应和表面微孔隙效应的线性稳定性分析方法，并针对高空H=25km、马赫数10、15和20的飞行工况，对比分析了化学非平衡效应、微孔隙效应以及两种效应共存时对流动稳定性的影响。研究发现，化学非平衡效应能够促进边界层模态失稳，微孔隙效应能够抑制第二模态失稳，前者作用强于后者，导致两者共存时整体上促进第二模态失稳。化学非平衡效应能够降低孔隙效应抑制第二模态对应的频率范围，造成在局部低频范围内化学非平衡效应可以增强微孔隙效应的抑制效果，而在高频范围内减弱其抑制效果，导致孔隙效应N值降低量整体上减小。此外，两种效应共存时马赫数变化对微孔隙效应抑制第二模态的能力影响不大。
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由于多孔介质结构的随机性，很难对其内的胶体粒子输运过程进行建模。Boltzmann输运方程为模拟随机空间中胶体粒子的微观动力学提供了一种可靠的途径。本文通过Chapman-Enskog（CE）分析，从胶体粒子的Boltzmann方程导出了宏观输运模型。该模型具有对流-扩散方程形式，包括依赖粒子速度分布的扩散项、速度延迟项以及反映微观捕获机制的捕获项。我们还给出了三个输运系数的显式表达。该宏观模型部分解决了传统胶体输运模型的悖论，并且在特定条件下与以往模型一致。
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空中飞行器在飞行过程中对邻近大气环境造成扰动，形成明显有别于自然背景的大气密度空间分布特征。文中提出基于大气扰动密度场远距离感知飞行器存在的构想，针对性地设计了对大气扰动区域散射光进行三维层析成像的探测模式，以及扰动光信号产生、传递和响应的全过程仿真链路。重点解决了在短曝光条件和激光脉冲二次散射作用下的成像调制传递函数（Modulation Transfer Function,MTF）估算问题，构建了飞行器扰动密度场的光散射回波成像仿真模型。模拟了大气扰动密度场对主动光源的散射回波信号图像和与无扰动背景的差异图像，并在此基础上讨论了不同系统参数下的仿真结果。该模型可以为探测系统设计提供分析工具，并为相关探测技术的发展提供基础。
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二维过渡金属硼化物（MBene）作为新型金属离子电池电极材料，具有MB、M2B、M2B2等多种相结构，然而现有研究对于M2B相体系的探索仍显匮乏。本研究聚焦于M2B相MBene的设计，首次构建了硫（S）官能团化的Zr2BS2和Nb2BS2两种全新材料，系统揭示了其作为锂/钠离子电池负极材料的性能机制。通过第一性原理的计算方法，证实Zr2BS2和Nb2BS2两种材料具备优异的结构稳定性，并且在钠离子电池中展现出较高的理论比容量（分别为624 mA h g-1;和616 mA h g-1）以及较低的扩散势垒（Na+扩散势垒低至0.131 eV和0.088 eV）。同时，其较低的开路电压（0.38 V和0.21 V）可有效抑制枝晶生长，兼具高容量与安全性。本研究不仅完善了M2B相MBene体系的系统性研究，更为开发高容量、快充型钠离子电池负极材料提供了理论指导。
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针对空天一体化发展中临近空间飞行器在卫星拒止下的自主导航难题，脉冲星导航作为一种极具前景的解决方案，其可否应用取决于临近空间X射线的传输特性。本文首先分析了电离层内X射线与带电离子、自由电子等物质的相互作用，给出了反射、散射及吸收作用对1-100 keV能段X射线的质量衰减系数。然后基于NRLMSIS 2.1模型和IRI-2020模型建立了X射线在临近空间传输的分层模型，给出了1-30 keV的X射线在60-100 km的传输效率和流量获取方法。最后分析了传输效率在不同季节与纬度、昼夜等条件下的变化规律，阐述了传输效率的分布特征。结果表明，以南极中山站为例，10 keV能量的X射线，在75 km以上时传输效率均高于83.96%。本研究为X射线脉冲星导航在临近空间的应用研究提供了数据支撑。
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艾里变换是一种能实现高斯光束与艾里光束相互转换的神奇光学变换。一阶艾里导数光束，作为艾里光束的进阶型，在经过艾里变换后会产生怎样的光束？这就是本文所要研究的内容。当艾里系数大于负的横向比例因子时，一阶艾里导数光束的艾里变换在任意一个横向上的光场是偏心艾里光束和偏心一阶艾里导数光束之和。当艾里系数等于负的横向比例因子时，一阶艾里导数光束的艾里变换在任意一个横向上的光场是两个偏心优美厄米-高斯光束之和。此外，分别导出了一阶艾里导数光束经艾里变换后的质心和光束半宽在上述两种情形下的解析表达式。最后，实验上实现了一阶艾里导数光束的艾里变换，并测量了艾里系数对光强分布、质心和光束半宽的影响。一阶艾里导数光束艾里变换的研究拓宽了特殊形态分布光束的获取途径，有望应用于光通信和分束技术等领域。
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采用基于密度泛函理论的第一性原理和非平衡格林函数方法，系统地研究了单层拉链型硒氧化铋（Z-Bi2O2Se）中空位、反位和吸附点缺陷的结构、电子和光电性质.通过在不同生长环境下形成能的计算发现，点缺陷Ox空位，O取代Se反位、Se吸附Bi'-Bi'-Se和Bi-Bi-Se穴位相对容易形成，电子态密度及形成能的计算结果显示，Ox空位、Se吸附Bi'-Bi'-Se和Bi-Bi-Se穴位属于深能级n型掺杂.此外，沿平行和垂直拉链方向分别构建了基于单层Z-Bi2O2Se的器件，其光电性能表现出明显的各向异性.点缺陷的引入降低了体系对称性，使其光电流在可见光区和紫外光区显著增大，各向异性仍然存在.点缺陷对器件消光比的影响同时取决于点缺陷类型及光子能量，通过选择点缺陷在特定光子能量的照射可以有效提高器件的偏振灵敏度.以上研究结果对深入认识二维Bi2O2Se结构及其性能提供了理论指导.
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