摘要：结构化液体是近年来基于二元流体体系，利用固体粒子液/液界面自组装和堵塞相变构筑的一类非平衡态软物质材料，兼具固体的结构稳定性和液体的流动性. 然而，受限于组装基元和成型方法，制备具有精准结构的智能结构化液体及衍生功能材料仍面临挑战. 我们课题组在该领域开展了大量研究工作，在发展界面调控新机制，制备液体/固体新材料，以及实现材料器件新突破等方面取得了系列创新成果. 本专论从固体粒子界面自组装机制出发，重点阐述了一种利用纳米粒子和聚合物液/液界面共组装制备纳米粒子表面活性剂，进而构筑结构化液体的普适策略; 总结归纳了结构化液体在响应性调控、高效精准构筑以及功能材料制备等方面的研究进展; 并对该领域面临的机遇和挑战做出展望.

摘要：利用浮动催化化学气相沉积法可以将性能优异的碳纳米管(CNT)组装成碳纳米管纤维(CNTF)，但如何有效增强碳纳米管纤维内部碳纳米管及其管束之间的相互作用力，以大幅提升其力学和电学性能，是该领域的一个重要难题. 本文提出通过溶剂质子化策略，将芳纶纳米纤维引入碳纳米管纤维，制备得到了高性能的碳纳米管复合纤维材料，其拉伸强度达到1.23 GPa，杨氏模量达到26.97 GPa，相较于初始的碳纳米管纤维分别提升了92.1%和133.5%. 该复合纤维的比强度和比模量分别为28.67和628.67 cN/dtex，与芳纶纤维等高性能纤维相当. 此外，该复合纤维兼具良好的柔性与电学性能，可以直接作为纤维电子器件的电极材料，展现出良好的应用潜力.

摘要：在储冷控温用定形相变材料研究领域，水的相变储冷特性常被忽视. 本研究以丙烯酸和聚乙烯醇为原料，通过交联聚合，辅以冻融循环和表面干燥制备了一类基于聚乙烯醇和聚丙烯酸的水凝胶定形相变材料. 在氢键和冻融循环的作用下，聚乙烯醇和聚丙烯酸相互缠绕形成强大的氢键网络，赋予水凝胶极高的含水量和良好的塑形性能. 将该水凝胶用作定形相变材料，通过其中水的相变实现相变储冷，储冷容量达237 J/g，且50 ℃以下水不会挥发. 该水凝胶定形相变材料具有极好的抗泄漏性能和良好的循环稳定性，50 次冻融循环后储冷性能无变化，且可塑成任意形状，可应用于储冷、冷链控温和冷敷等领域. 此外，为充分利用水凝胶内部的孔隙，通过添加纳米石墨片增强水凝胶骨架的稳定性，并经冷冻干燥得到了一种高孔隙率支撑材料，然后以赤藓糖醇和PEG2000 为相变材料，制备了2 类定形相变材料. 它们均具有极高的相变材料含量和相变储热容量，证明基于水凝胶的聚合物网络骨架是一类良好的支撑材料. 本文所得结果对推进水凝胶材料在热能储存和温度控制领域的应用具有重要的价值.

摘要：通过简单的工艺制备高性能、多功能石墨烯薄膜是石墨烯研究领域的重要课题. 本研究利用链行走聚合和原子转移自由基聚合方法相结合的方法，以乙烯和丙烯酸十六烷基酯(HDA)为主要单体设计合成了超支化梳形多臂共聚物HBPE@PHDA，利用其辅助天然石墨液相剥离制得石墨烯分散液，进一步经真空抽滤获得不同组成比例的石墨烯复合薄膜(Graphene/HBPE@PHDA)；利用凝胶渗透色谱(GPC)、氢核磁共振(1H-NMR)和熔融流变分析对所得共聚物的结构、组成进行了表征，并对所得石墨烯复合薄膜的微观结构、导热、力学和形状记忆性能进行了评价. 研究表明，所得共聚物由近似球形的超支化聚乙烯(HBPE)核和多重的梳形聚合物侧链聚丙烯酸十六烷基酯(PHDA)构成；该共聚物作为分散助剂可有效促进石墨烯在普通低沸点有机溶剂中液相剥离，获得由该共聚物非共价稳固修饰的低缺陷石墨烯，同时在所得的石墨烯薄膜中可通过其侧链PHDA进行结晶，使所得石墨烯复合薄膜同时呈现优异的力学、各向异性导热和形状记忆性能；以石墨烯比例为60 wt%的样品为例，所得薄膜的拉伸强度可达3.0 MPa，平面热导率达29.4W ，各向异性比例达36.8.本研究为柔性、高强、多功能石墨烯薄膜的简单制备提供了新思路.

摘要：软材料具有承受大应变和高可恢复性的独特特性，使其在生命科学和软机器人等前沿领域具有不可替代的作用. 了解此类材料的复杂断裂行为不仅具有迫切的应用需求，也是材料科学、物理学和连续介质力学等基础学科的研究重点. 本文介绍了作者在断裂相场模型方面所做的一些工作，主要关注软材料的大变形断裂相场建模、算法实施以及应用. 在有限变形理论框架下，作者发展一种新的混合多场断裂相场模型，用于模拟近不可压缩软材料的大变形断裂. 从物理裂纹拓扑的角度清楚阐述了不可压缩性与扩散裂纹张开之间的内在矛盾. 为了解决这个问题，该模型利用相场退化函数放松了损伤材料的不可压缩性约束，而不影响完好材料的不可压缩性. 通过修改经典的摄动拉格朗日乘子方法，导出了用于近不可压缩大变形断裂问题的新型多场混合变分格式. 虽然该混合格式切实有效，但通常需要采用满足inf-sup 条件的混合有限元(FE)配置，这进一步加剧了本已昂贵的相场断裂建模的计算负担. 为了能够使用具有数值优势的低阶线性单元，作者采用压力投影技术开发了一种稳定的混合公式. 该公式的优点在于其简单性和多功能性，允许对所有场变量采用低阶单元离散. 考虑到这一特性，作者进一步设计了一种高效的自适应网格划分策略，从而大幅提高了计算效率. 为了更好地应对涉及裂纹成核的自适应场景，提出了一种新的基于能量的网格细化判据. 此外，本文也完整阐述了稳定混合有限元公式的数值处理，以及自适应网格细化，删除技术的核心操作. 所提出的格式的准确性、效率和稳健性已经通过一系列具有代表性的数值案例得到了充分的验证.

摘要：提出一种基于石墨烯-金属混合油墨的极化不敏感超材料吸波器，其在大角度入射下具有稳定的超宽带吸收性能。与传统吸波器的角稳定特性不同，所提吸波器的吸波性能随着入射角的增大得到改善。首先，采用中心对称的多层频率选择结构，获得了宽带吸收响应和极化不敏感特性；其次，设计了斜入射下结构最佳的阻抗匹配效果，并分析了其阻抗实部和虚部特性，实现了大角度入射下吸收性能变优的效果；最后，分析了所提吸波器的等效电路模型和不同入射角下的表面电流、传播电场分布。结果表明：该吸波器在正入射下吸收频带为3.7~18.3 GHz，相对带宽为132.7%；在55°斜入射下，吸收频带拓宽至4.4~28.6 GHz，相对带宽提升至146.7%，实现了斜入射吸收性能优化的设计目标。基于上述性能，所提出的超宽带大角度稳定的吸波器在光学、微波等领域中具有良好的应用前景。

摘要：设计了一种基于三维狄拉克半金属（DSM）动态可调谐的四频段太赫兹超材料窄带完美吸波器，在3.4695、4.3829、4.5790、4.9885 THz 频率处实现4 个吸收率接近100% 的谐振峰。对谐振频率处的电磁场分布进行了数值研究，并结合阻抗匹配原理，定性地解释了吸收体完美吸收的物理机制。研究了单元结构尺寸和DSM 费米能级对吸波特性的影响规律，证明了谐振峰频率和吸收率均具有良好的可调性。进一步地，当吸波器的工作环境折射率由1.00 增加至1.16时，谐振频率红移且折射率响应灵敏度高达721.8 GHz·RIU−1。在法向入射下，表现出与极化无关的吸收特性。本研究为THz 吸波器及相关DSM 器件研制提供参考，同时在多波段光电探测、生物传感和光学滤波等领域中具有很大的应用潜力。

摘要：提出一种基于加号单元结构阵列的可切换太赫兹超材料器件，通过引入二氧化钒（VO2）材料，可以在不同的太赫兹频段实现交叉极化转换、线-圆极化转换和宽带吸收，具有多功能的特性。当VO2处于绝缘态时，该结构在多个频段内可实现线-圆极化转换和交叉极化转换；当VO2 从绝缘态转变到金属态时，在1.610~4.010 THz 频段内吸收率超过90%，具有宽频带和高效率等优点。此外，还对太赫兹波入射角度和极化角度对器件的极化转换特性和吸收特性的影响进行研究，证明该结构具有极化不敏感和入射角度稳定性高的特点。研究结果表明：所提器件独特的多层堆叠结构不仅展现出卓越的吸收性能，还能够在多种极化状态下快速转换，在太赫兹成像、通信和安全检测等领域有很大的应用潜力。

摘要: 液态金属及其衍生材料是近年来异军突起的新兴功能物质，一系列突破性发现已经催生出诸多全新的材料创制与应用，被视为人类利用金属的第二次革命。中国科学院理化技术研究所团队通过对液态金属物质材料属性及独特的物理化学行为的系统研究，创建了全新的科学理论，并在液态金属热管理技术、先进制造、生命健康以及柔性机器等重大领域取得了颠覆性技术突破。室温液态金属散热首项专利、液态金属增材制造首项装备、液态金属生物医学首项应用、液态金属柔性机器首篇论文等，均出自理化技术研究所，可以说液态金属物质科学与技术应用都是由中国定义的。本文通过对该项研究工作进行系统梳理，旨在探究基础研究激发颠覆性创新的机制，以期能为我国相关科技政策的制定提供借鉴。

摘要：电磁干扰和电磁辐射污染问题日渐突出，高性能电磁波吸收剂的开发成为材料和电子科学领域的研究热点。将碳材料与微纳米磁性组分结合是构筑高效电磁波吸收剂的有效手段，相关研究备受关注。本文分别从碳材料的特性分析、与碳材料组合构建复合体系的磁性组分、各种晶化状态和外形的碳材料与磁性组分的复合结构、碳-磁性组分复合结构的制备与调控方法几个方面进行了总结。分析比较了各类碳-磁性组分复合材料的性能优劣及制备过程的经济性和适用性。并从基础科学研究和工程技术应用两个角度对该类复合型吸波剂未来的研究趋势进行了展望。