近年来，基于激光增材制造技术的先进结构材料和构件制备及应用取得了重要进展，并由此带动了该技术在金属功能材料制备与调控方面的发展。作为金属功能材料典型代表的形状记忆合金兼具形状记忆、超弹性和弹热效应等新奇特性，这些特性与合金的微观组织、微结构演化高度相关，但难以通过传统制备和表征手段实现精细化调控和实时相变测量，因而通过激光增材制造技术调控微结构并进行原位同步辐射观测成为形状记忆合金性能提升的重要手段。本文综述了基于激光增材制造的形状记忆合金设计、微结构调控、工艺-结构-性能关系以及国内外研究现状，并从技术原理、材料特性、工艺优化、结构调控和原位表征等方面对形状记忆合金激光增材制造研究进展进行了介绍，归纳整理了现阶段激光增材制造形状记忆合金的主要性能。另外，本文介绍了激光增材制造过程的原位X射线衍射表征方法以及该表征方法的典型应用，对增材制造过程中合金的相变动力学测量及单晶原位表征方法进行了梳理，并对该技术的未来发展趋势进行了展望。

基于数值仿真工具，对某型压力传感器芯体径向脉冲激光焊接过程进行3D建模及仿真分析。模型描述了焊接过程中脉冲激光形成的等效热源，316L不锈钢材料的传热和相变，热影响区形成的瞬态应力场，以及焊接后形成的残余应力。同时，根据多种激光焊接工艺参数组合形成的熔池深度实测数据完成等效热源模型的标定。结果显示：经过标定的等效热源模型熔深计算值与实测值偏差在8%以内；将焊缝残余应力分布计算值与X射线衍射法所得的实测值进行了对比分析，两者结果较为吻合，变化规律一致，偏差值小于15%。验证了激光焊接模型的精度能够满足工艺参数影响规律研究及参数优化的工程需要。

全面、 准确表征钢中非金属夹杂物特征, 有利于发现和认识新夹杂物, 也是实现非金属夹杂物的调控和钢材质量提升的前提。 分别采用扫描电镜-能谱、 拉曼光谱、 高分辨率透射电镜和微区X射线衍射等检测方法, 结合夹杂物电解萃取技术和图像分析技术, 表征了锆脱氧钢中非金属夹杂物形貌、 尺寸、 数量、 分布、 成分、 晶体结构等特征参数, 对比分析了四种夹杂物表征方法的优缺点。 结果表明, 采用SEM-EDS方法分析锆脱氧钢中夹杂物主要由Zr、 O和少量Al元素组成。 基于锆氧化物和铝氧化物的化学计量关系, 分析得出夹杂物由94% ZrO2和6% Al2O3组成。 统计锆脱氧钢中夹杂物尺寸分布, 夹杂物的平均尺寸为0.62 μm, 0.7～0.8 μm范围内夹杂物数量最多。 采用SEM结合电解萃取夹杂物技术, 可以观察到钢中非金属夹杂物的三维形貌。 采用EDS方法可以逐一定性分析夹杂物中元素组成和元素分布情况, 结合夹杂物的化学计量关系, 可以定量分析具有单一价态夹杂物的成分。 但是, 对于价态种类较多和价态不明的非金属夹杂物, 仅采用EDS方法不能准确分析得出夹杂物的物相和成分。 采用拉曼光谱结合电解萃取夹杂物技术, 检测到锆脱氧钢中存在单斜相二氧化锆。 通过TEM衍射花样标定及能谱分析单个夹杂物, 检测到有单斜相的二氧化锆。 采用微区X射线衍射法结合电解萃取夹杂物技术, 检测到单斜相与四方相的二氧化锆, 并得到了二氧化锆夹杂物的晶格参数。 此三种方法均未检测到含铝物相。 拉曼光谱分析法、 透射电子显微镜、 微区X射线衍射法均能够定性分析电解萃取后夹杂物物相和成分, 但是对于含量较低物相, 三种方法无法准确表征。 透射电子显微镜、 微区X射线衍射法均能够表征夹杂物晶体结构、 晶格参数。 透射电子显微镜和扫描电镜只能逐一表征各个夹杂物。 微区X射线衍射法和拉曼光谱分析法能够表征检测区域内所有夹杂物物相, 是具有统计意义的夹杂物表征方法。 因此, 采用扫描电镜-能谱分析结合微区X射线衍射分析可以较为全面、 准确表征夹杂物特征。

禹粮土在蒙药中使用历史悠久, 但由于缺乏质量指标, 质量得不到保证, 极大地影响了其应用。 采用FTIR、 XRD及ICP-MS法测定9批禹粮土样品的物质组成、 结构及元素含量, 探究禹粮土的质量控制方法。 结果显示, 9批生品禹粮土在FTIR波数为3 696、 3620、 1 621、 1 164、 913、 797、 778、 695、 537和469 cm-1存在共有峰, 其中797 cm-1为Fe—O—Fe伸缩振动吸收峰, 695 cm-1为Fe—O—Fe对称伸缩振动吸收峰, 469 cm-1为Si—O—Si特征峰。 禹粮土的XRD主要物相为Fe2O3和SiO2, 并有Al4（OH）8(Si4O10)、 K(Al4Si2O9)（OH）3、 CaCO3以及一些磷酸盐等其他矿物伴生。 生品禹粮土XRD衍射光谱的衍射角度2θ中24.870、 33.116、 38.436为Fe2O3的X射线衍射峰, 衍射角度2θ中20.837、 26.608、 36.512、 39.437、 40.235、 42.423、 45.759、 50.102和54.827为SiO2的X射线衍射峰。 通过ICP-MS对禹粮土中元素进行测定, 结果显示, 禹粮土的元素组成十分丰富, 且不同产地及不同批次元素含量差异较大； 禹粮土中Fe元素含量最高, 其均值为56.9 mg·g-1, 限量标准为生品禹粮土全铁量不低于4.55%, 生品禹粮土中Pb、 As、 Hg、 Cu和Cd元素限量不得超过50 μg·g-1。 元素聚类结果显示, 在欧式距离10～15将样品S3、 S5、 S6、 S7分为一类, 将S1、 S2、 S4、 S8、 S9分为一类, 聚类分析结果表明, 不同产地禹粮土元素组成和含量存在差异, 可以将河南与内蒙古产地的禹粮土分为一类, 山东和青海的禹粮土分为一类。 生品禹粮土主成分分析筛取了4个主成分, 累计贡献率为90.462%, 筛选K、 Sr、 Be、 As作为禹粮土样品的特征元素。

镁渣的资源化利用是一个迫切需要解决的问题。 以镁渣、 改性镁渣为主要胶凝材料, 通过复掺粉煤灰制备镁渣基胶结充填材料(UCGB)与改性镁渣基胶结充填材料(MCGB), 并对两种充填材料的流动特性、 力学性能、 微观结构和水化特性进行对比分析。 结果表明, 改性镁渣与粉煤灰的掺和比例为4/1时, 制备的MCGB试样具有优异的力学性能, 养护28 d龄期的单轴抗压强度高达4.213 MPa。 随养护龄期的增长, MCGB试样水化产生大量的C-S-H凝胶、 Ca(OH)2晶体、 丝状Ettringite等水化产物, 并与其他硅酸盐氧化物(［Fe, Mg, Al］2.5［Si, Al］2O5［OH］4)交织团聚在一起, 填充于试样内部的孔隙、 孔洞之中, 有助于提升MCGB试样的机械性能和耐久性。 相比于MCGB试样, UCGB试样的机械性能并不理想, 早期强度低, 水化仅产生极少量Ettringite和Ca(OH)2晶体, 形成疏松多孔的微观形貌结构。 此外, 通过红外光谱曲线分析可知, 改性镁渣原样位于997 cm-1附近出现了β-C2S的特征频率, 而镁渣原样位于820 cm-1附近出现了γ-C2S的特征辨识谱带, 结合X射线图谱分析得出, 镁渣改性后其矿物相主要转变为β-C2S, 而镁渣原样的矿物相主要为γ-C2S, 本身几乎没有水化活性, 不宜用作制备矿用胶凝材料。 因此, 该研究主旨在于制备以改性镁渣为主的新型矿用胶凝材料提供科学依据和指导。

寻找珊瑚药材与奶珊瑚饮片的差异性化学指标, 为奶珊瑚饮片的质量标准完善提供参考。 以奶水比例、 煎煮温度、 干燥时间、 干燥温度作为炮制工艺因素, 通过正交试验制备一系列奶珊瑚饮片。 使用滴定分析法、 X射线衍射法、 红外光谱法, 分别检测珊瑚药材与奶珊瑚饮片中的碳酸钙含量、 碳酸钙晶型、 有机与无机成分组成。 珊瑚奶制前后的碳酸钙含量均约80%, 珊瑚药材按照规范工艺炮制后的碳酸钙含量可能略有增加。 珊瑚奶制备前后的碳酸钙晶型均以方解石为主, 珊瑚药材2θ=47.953°处X射线衍射特征峰可能在炮制后有所差异。 珊瑚奶制备前后的有机成分具有明显差异, 奶珊瑚饮片的红外光谱对应于脂肪、 蛋白质、 碳水化合物等3 050~2 750、 1 770~1 720、 1 710~1 600 cm-1特征谱带峰面积显著高于珊瑚药材。 红外光谱特征谱带峰面积对于奶水比例、 煎煮温度、 干燥时间、 干燥温度等炮制工艺因素的变化较为敏感。 红外光谱可以客观、 量化地鉴别珊瑚药材与奶珊瑚饮片, 还有可能用于评价奶珊瑚饮片的炮制工艺是否符合规范要求。

婴幼儿非母乳喂养时奶粉是摄取营养的主要制品， “三聚氰胺”、 “香兰素”等添加剂安全事件的频频发生， 引起全社会的高度关注。 如何快速检测并高效识别奶粉中的不良物质， 是国内外乳制品安全领域的研究热点， 对保障婴幼儿成长健康具有十分重要的现实意义。 由于淀粉和香兰素的红外和拉曼光谱均存在大量的吸收峰， 基质与添加物的光谱信号重合区域广信噪比低， 谱峰重叠干扰严重， 仪器越灵敏检测筛选的难度越大。 研究基于X射线衍射（XRD）建立了适用于食品添加剂香兰素的无损快速、 高灵敏度检测方法， 食品乳制品中的淀粉、 蛋白质等基质材料在XRD下均不具有复杂的衍射花样， 基于XRD的香兰素快速检测方法消除了食品乳制品中各类基质的背景干扰， 结合XRD图谱的指纹特性对香兰素的掺杂进行快速鉴别和定性识别检测。 结果表明， 掺杂香兰素后衍射图谱13.03°出现明显尖锐的衍射峰， 峰形好， 响应值高， 该衍射峰是快速检测香兰素是否存在的特征指纹峰。 XRD法快速检测香兰素采用直接进样、 精细扫描， 在去除基质影响的同时， 相对于气相色谱法、 电泳法， 该方法更加方便、 快速， 定性确认更准确， 结果可靠， 适用性强。 香兰素晶体衍射峰明显， 结构稳定， 同时制样简单， 极大地缩短了检测时间。 本研究中香兰素最低掺杂量为202 μg·g-1， 可用于市售加香食品中香兰素的含量的快速检测， 灵敏度可满足建议限量和超量掺加的检测需求。

聚合物制品在使用过程中， 人们最关心的是它的使用失效条件， 失效的重要体现就是材料的屈服。 目前为止， 人们普遍利用位错理论来解释聚合物材料的屈服现象， 该理论关注的是晶体的取向和破坏现象， 而忽略了晶体的形变和受力情况。 事实上， 晶体的取向和破坏只是屈服的结果， 晶体承受应力的能力才是屈服的直接原因。 因此， 从晶体的受力和非均匀形变入手研究了聚合物制品的屈服行为， 期望为理解聚合物材料的失效行为提供新思路。 这里选取被人们广泛使用的等规聚丙烯（iPP）材料作为研究对象， 将iPP熔体在不同温度下等温结晶制备出具有不同片晶厚度iPP样品， 利用二维广角X射线衍射光谱原位监测了拉伸过程中iPP样品的晶体破坏和晶体取向过程。 首次利用“覆盖法”对二维X射线衍射图进行了处理， 原位观察了（110）晶面在拉伸过程中的2θ角的变化， 区分出了两个方向上（平行于拉伸方向和垂直于拉伸方向）晶体形变的非均一性。 结果表明: 对于不同片晶厚度的iPP晶体， 在单轴拉伸过程中， 晶体在不同方向上的受力和形变均是不同的， 即晶体的非均一形变是一种普遍现象; 晶体的破坏和取向总是同时发生， 都是从屈服点位置处开始， 这和片晶厚度无关; 而晶体破坏时对应的临界应力和晶体厚度有关， 片晶越厚， 晶体越稳定， 需要的临界应力就越大。 以上结果表明， 原位X射线衍射光谱技术可以实时观测晶体结构在拉伸过程中的变化情况， 从而将晶体结构演化和宏观力学性能直接关联。