利用时域有限差分算法（FDTD）对微纳结构靶的光场分布进行仿真模拟，探究微纳结构靶中的光传输机制，分析材料特性和结构参数对光传输特性和光场分布的影响。基于光场分布及演化的仿真模拟结果，对比半导体氧化铝、绝缘体二氧化硅和金属铜三种导电性不同的材料上纳米线和纳米孔阵列微纳结构靶的激光传输特性，分析光传输过程中的光场分布变化。研究结果表明，通过改变氧化铝和二氧化硅纳米孔（线）阵列结构靶中孔洞（纳米线）直径和间距等结构参数，可以实现对微纳结构靶中光传输特性和光场分布的调制，实现光场在介质材料和真空区域间的周期振荡分布，或是以一种稳定形态传输；激光在铜纳米孔阵列中传输时，透光性随孔洞半径的增加而增加。基于光场分布及演化的仿真模拟结果，对比不同材料、不同微纳结构靶的激光传输演化特性，给出物理图像及对应现象规律，根据光场调控需求，给出微纳结构靶设计。

钙钛矿材料因其具有独特的晶体结构、可调谐的直接带隙和宽带可饱和吸收等优点而成为近年来光电领域的一大热点。本文采用限域生长法制备了钙钛矿(CH3NH3PbI3)/阳极氧化铝(AAO)可饱和吸收体, AAO薄膜的存在不仅提高了CH3NH3PbI3在空气中的稳定性, 同时改善了可饱和吸收体(SA)的光学特性。CH3NH3PbI3/AAO-SA的调制深度约为7.2%, 饱和光强约为9.65MW/cm2。将CH3NH3PbI3/AAO-SA插入Nd:YVO4全固态被动调Q激光器谐振腔内, 获得了稳定的1 064.07 nm波长的调Q脉冲。当抽运功率为7 W时, 激光器输出脉冲的最小持续时间为约360 ns, 平均输出功率为483 mW。此时脉冲的重复频率为446 kHz, 射频信号的信噪比为44 dB。

直写成型技术有利于成型结构复杂的个性化、定制化产品，而在成型致密实心结构时存在内部结构的孔隙问题和力学性能的各向异性问题。本研究以Al2O3为原料，选用直径为2.0 mm的喷嘴进行打印，当层高设置为0.8 mm时(喷嘴直径的40%)，打印样品内部结构较为致密，未观察到孔隙的存在，解决了内部结构孔隙问题；且此时平行于层间与垂直于层间的力学性能较为接近，各向异性指数接近100%，缓解了力学性能各向异性问题。

为深入研究复相陶瓷在冲击加载下的宏观力学响应特性与微观断裂机制，选取Al2O3/SiC复相陶瓷为研究对象，设计了一维应力波和平面冲击波加载测试方法，研究了材料动态强度及其应变率效应、高压Hugoniot曲线以及不同受力特征下的材料局部变形机制。结果表明：不同的宏观受力特征下复相陶瓷对应有不同的微观断裂机理；冲击加载下材料的宏观变形主要是脆性破坏，但从微观角度观察，大尺寸晶粒穿晶断裂以及小尺寸晶粒沿晶断裂存在明显的局部塑性变形特征；第二相SiC颗粒在晶界和晶粒内部诱导裂纹传播，起到了冲击能量再分配的作用。

海洋是地球系统中最大的碳库，我国海水贝类总产量大。大部分贝类仅利用其食用价值，贝壳作为固体废弃物随意堆放或掩埋。为提升贝类废弃物利用率，本论文研究了NaAlO2对贝壳粉-铝酸钙胶凝体系水化进程、固液相组成、孔隙结构及力学性能的影响机理。结果表明：NaAlO2加速水化进程，缩短凝结时间，略微提高硬化基体的密实度与力学性能。NaAlO2显著影响固液相组成。NaAlO2的加入提升了孔溶液的碱度，增强了CaCO3的反应性，使胶凝体系更倾向生成稳定相单碳型水化碳铝酸钙(C4AcH11)，并降低不稳定相水化铝酸一钙(CAH10)的含量。养护28 d时，3.75‰、5.00‰NaAlO2组样品分别生成13.0%与13.6%的C4AcH11，且不含CAH10。但由于NaAlO2提升了碱度，微晶AH3相的晶粒尺寸增大、胶凝特性降低。因此，过量的NaAlO2会导致力学性能下降。贻贝质碳铝酸盐胶凝材料在海洋土木工程建设领域具有应用前景。

与传统金属材料相比, 氧化铝纤维增强氧化铝基(Al2O3/Al2O3)复合材料因具有比强度高、密度低、耐高温和抗氧化等特点, 已经成为新一代备受国内外学者关注的航空航天热结构复合材料。本文介绍了目前常用的氧化铝纤维及其基本性能, 总结了Al2O3/Al2O3复合材料中常用的界面相及其对复合材料性能的影响规律, 归纳了Al2O3/Al2O3复合材料的制备工艺及性能, 指出了该材料未来的发展趋势, 旨在为国内Al2O3/Al2O3复合材料的研究提供借鉴和参考, 促进Al2O3/Al2O3复合材料在航空航天领域热端高温部件上的广泛应用。

为了进一步提升传统金属纳米结构表面增强拉曼散射（SERS）衬底的检测灵敏度和均匀性，提出了银修饰开放纳米腔多孔阳极氧化铝模板（AAO）复合结构的SERS新衬底，利用AgNPs（Ag nanoparticles）表面的局域表面等离子共振效应、银纳米粒子之间的热点效应，以及AAO结构的开放纳米腔的腔增强效应，实现了高灵敏度分子检测。采用液-液界面自组装方法将AgNPs修饰到AAO腔体中；利用FDTD（finite difference time domain）仿真软件对结构的电磁场分布特性进行了研究；开展了系统的拉曼测试实验，实验结果表明：相较于传统SiO₂-AgNPs衬底，AAO-AgNPs的拉曼光谱强度提高了4.7倍；以R6G（rhodamine 6G）为探针分子，AAO-AgNPs衬底的最大分析增强因子约为2.38×10¹⁰，检测极限可达10^-16 mol/L；此外，实验验证了该复合结构的多分子检测功能。

电瓷材料的组成和结构是决定其性能的两个本质因素。本文系统研究了三种典型直流特高压(UHVDC)用工业氧化铝电瓷在组成、结构和力学性能方面存在的差异, 并分析了原因。结果表明, 与日本碍子株式会社(NGK)的瓷件相比, 国内两个厂家在瓷件配方中加入了更多的煅烧工业氧化铝、更少的钾长石和石英, 并且没有根据配方适当提高烧结温度, 因此国内两厂家瓷件表现出如下特点: 1)Al2O3质量含量分别为47.22%和45.24%, 比NGK高7.31%和5.33%, SiO2质量含量分别为46.32%和48.44%, 比NGK低7.09%和4.97%、K2O+Na2O总质量分别为3.21%和3.14%, 比NGK低0.41%和0.48%; 2)真气孔率分别为5.24%和4.18%, 比NGK低3.46%和4.52%, 内部气孔以5 μm以下的小气孔为主, 孔径普遍更小, 存在较多扁平、细长、裂纹状的异形气孔, 以及环绕颗粒周边的环状气孔和裂纹; 3)内部总晶相含量分别为48.10%和49.04%, 比NGK高近10%, 其中刚玉相高10%,石英相高4%,莫来石相少4%, 莫来石相更细更短、交联程度更低; 4)瓷件头部试条三点弯曲强度平均值分别为155和158 MPa, 比NGK高, 但是国内两厂家瓷件的强度分散性更大。

采用砂磨工艺获得了亚微米氧化铝复合粉体，用于制备微晶氧化铝陶瓷基板，研究了浆料组成对浆料流变学性质、生坯密度、生坯应力-应变行为的影响，以及烧结制度对平均晶粒尺寸和基板抗弯强度的影响。结果表明，固相含量、R值(增塑剂和黏结剂的质量比)和分散剂用量等关键因素决定了流延浆料的流变学性质。R值增大导致生坯强度和密度降低，提高固相含量有利于增加最大可流延厚度，优化工艺条件下可制备0.16~1.20 mm的坯片。当烧结温度为1 550 ℃、升温速率为2.5 ℃/min、保温时间为60 min时，制备的陶瓷基板平均晶粒尺寸为1.1 μm左右，晶粒尺寸分布均匀，抗弯强度达到(440±25) MPa。