总结了天然铠甲材料的三种共性组织结构特征及其内在强韧化机理，归纳出三种典型的生物力学效应，包括梯度结构取向效应、原位结构再取向效应和多级“缝合”界面效应，并提出了相应的仿生材料结构优化设计原则。生物力学理论的完善和多种仿生结构的综合应用，有利于使用新型仿生材料更好地解决实际工程问题。

分别使用反应溅射Al+α-Al₂O₃(15% α-Al₂O₃，质量分数)复合靶和在金箔基体表面预植α-Al₂O₃籽晶，促进α-Al₂O₃薄膜的低温沉积。使用扫描电子显微镜(SEM)、掠入射X射线衍射(GIXRD)和能谱仪(EDS)等方法表征薄膜样品的表面形貌、相结构和元素组成。结果表明，在射频反应溅射Al+α-Al₂O₃复合靶、沉积温度为560℃条件下能在Si(100)基体上沉积出化学计量比的单相α-Al₂O₃薄膜；使用射频反应溅射Al靶、沉积温度为500℃条件下能在预植α-Al₂O₃籽晶(籽晶密度为10⁶/cm²)的金箔表面沉积出化学计量比的单相α-Al₂O₃薄膜。两种研究方案的结果均表明，α-Al₂O₃籽晶能促进低温沉积单相α-Al₂O₃薄膜。

将Mg-1Al-0.4Ca-0.5Mn-0.2Zn(质量分数，%)合金在不同温度挤压，研究其微观组织和力学性能。结果表明：在260℃和290℃挤压的合金均发生不完全动态再结晶，再结晶晶粒尺寸分别为0.75 μm和1.2 μm。二者均具有高密度的G.P.区和球状纳米析出相，能抑制位错运动并为动态再结晶提供丰富的形核位点。沿晶界析出的纳米相能抑制晶界的运动和限制再结晶晶粒的生长，从而生成尺寸为0.75 μm的超细晶粒。随着挤压温度从260℃提高到290℃，合金的屈服强度从322 MPa提高到343 MPa，伸长率分别为13.4%和13%，没有明显的变化。挤压温度的提高促进了动态析出和动态回复，使合金中积累了高密度纳米盘状相和球状相，大量位错通过动态回复转变成小角度晶界，将未再结晶区域细分成密集的层状亚晶粒，二者均能抑制新位错的运动。这些因素，是在290℃挤压后的合金仍具有较高屈服强度和塑性没有明显变化的主要原因。纳米相对位错的钉扎在一定程度上限制了动态回复的发生，使合金中仍存在较高数量的残余位错，也有利于提高其屈服强度。

采用OM和SEM研究了奥氏体化温度对HSLA钢组织演变和低温韧性的影响。结果表明：奥氏体化温度由850℃升高至950℃(实验钢的A_C3温度为819℃)并保温30 min后，奥氏体的平均晶粒尺寸由7.22 μm增大到17.39 μm，在850~950℃淬火后的显微组织均为板条马氏体，屈服强度和抗拉强度均呈下降趋势，延伸率没有明显的变化，但是-20℃下的冲击韧性由97 J显著降低到31 J。使用EBSD和ARPGE软件的晶体学分析结果表明，随着奥氏体化温度的升高晶粒尺寸增大且变体选择增强，表现为奥氏体晶粒大部分区域内由单个变体对占据。同时，850℃试样变体之间呈现较明显的CP(Close packed)组合方式，奥氏体化温度升高到950℃后变体之间的组合方式更倾向以Bain group组合，同一组的变体在极图上的位置较近，变体之间的取向差也较小，表明大角度错取向的操作因子比例减少，大角度晶界密度降低，阻碍裂纹扩展的能力降低和恶化冲击韧性。

将二氧化硅作为模板，通过原位聚合-溶剂热-煅烧工艺合成中空碳/Fe₃O₄磁性量子点复合材料，通过改变硝酸铁的添加量即相对碳含量来调控复合材料的电磁参数从而调节其微波吸收性能。使用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)表征了材料的结构和形貌，用拉曼光谱表征了材料的内部结构缺陷和相对石墨化程度，使用X射线晶体衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)表征了材料的晶体结构和化学组成。结果表明，厚度为2.55 mm的材料具有7.06 GHz的最大有效吸收带宽(EAB)，最小反射损耗值(RL_min)可以达到-43 dB。这种材料优异的微波吸收性能，主要源自于其电磁匹配特性以及介电-磁损耗的协同作用。

以HA粉和BT粉为原料，用烧结工艺制备羟基磷灰石-钛酸钡(HA-BT)仿人骨复合材料，使用D/max2200PCX光衍射仪、S4800场发射扫描电镜及其附带的X射线能谱仪、STA449F3同步热分析仪、1036PC万能材料试验机、LC2735准静态压电系数测量仪和ZJD-C型介电常数测试仪对其表征，研究BT含量和烧结温度对HA-BT复合材料力学和电学性能的影响并提出了烧结反应的机理。结果表明：部分HA和BT的分解使样品在一定温度下发生反应生成了CaTiO₃、Ca₃(PO₄)₂、TiO₂、BaTi₂O₅等相。BT含量为70%、在1200℃烧结的HA-BT生物压电复合材料晶粒尺寸均匀，HA与BT间的反应性较小，其微观结构致密且抗压强度(110.215 MPa)和电学性能(d_{\mathrm{33}}=2 pC/N，{\epsilon }_{\mathrm{r}}=44.6)与人体皮质骨的性能相仿。

用固相反应法制备(Gd_1-xEr_x)₂(Zr_0.8Ti_0.2)₂O₇(摩尔分数x=0，0.2，0.4)陶瓷并测试其晶体结构、显微形貌和物理性能，研究了Er₂O₃掺杂的影响。结果表明，(Gd_1-xEr_x)₂(Zr_0.8Ti_0.2)₂O₇陶瓷具有立方烧绿石结构，显微结构致密，在室温至1200℃高温相的稳定性良好；Er³⁺掺杂降低了陶瓷材料的热导率和平均热膨胀系数，当x=0.2时，其1000℃的热导率最低(为1.26 W·m^-1·k^-1)。同时，Er³⁺掺杂还提高了这种材料的硬度和断裂韧性。

采用多弧离子镀技术，设计沉积工艺和调整阴极弧源靶组合以及对应的弧源电流，制备出以CrN为基形貌和厚度相同、Al/Ti摩尔比不同的系列(CrTiAl)N硬质膜。测试膜的成分、组织形貌、相组成和表面硬度，研究了 Al/Ti摩尔比对其相结构和硬度的影响。结果表明：不同Al/Ti摩尔比的(CrTiAl)N膜其相组成相同，都呈现(200)和(111)晶面择优生长。随着膜层的Al/Ti摩尔比从0.38提高到0.85，其硬度表现出规律性的变化。Al/Ti摩尔比为0.49的(CrTiAl)N膜硬度最高(达到HV4200)，Al/Ti摩尔比为0.85时硬度降到HV2600。在膜层组织形貌、膜层厚度以及CrN含量基本不变的条件下，Al/Ti摩尔比直接影响膜层的硬度并呈现出非单调关系。在较大的Al/Ti摩尔比范围内(CrTiAl)N膜层的相结构不变，均为置换式面心立方固溶体。优化Al/Ti摩尔比，可使(CrTiAl)N膜的硬度显著高于(CrTi)N膜而具有超硬性。

以TC4+Ni45+Al₂O₃+MoS₂+Y₂O₃混合粉末为熔覆材料，采用同轴送粉技术在Ti811合金表面进行激光熔覆制备复合涂层，使用SEM、EDS和XRD等手段分析了涂层的微观组织，测试了涂层的显微硬度和摩擦磨损性能。结果表明，在激光熔覆过程中Ti811合金中的Ni和C分别与Ti发生反应，原位生成金属间化合物Ti₂Ni和硬质增强相TiC；MoS₂分解后S与Cr发生硫化反应生成了软质润滑相Cr_xS_y。网状形态的Ti₂Ni、近球状和枝晶形态的TiC以及点状的Al₂O₃，均匀分布在熔覆层中。硬质相强化和软质相润滑的共同作用，使激光熔覆层具有较高的显微硬度和较优良的耐磨性能。激光功率为900 W的熔覆层其平均显微硬度值达1303.5HV_0.5，其耐磨性能最佳。

用化学改性方式将环氧大豆油(ESO)与用马来酸酐(MAH)改性过的PLA接枝(MPLA)，制备了反应性增容剂ECP并提出其可能的接枝机理。用FT-IR、DSC、SEM等手段表征ECP，研究了制备ECP时4种加料方式和ESO与MAH基团的摩尔比对其接枝率和酸值的影响。结果表明：在MPLA阶段先加入1/3配方比的ESO，在化学接枝阶段加入剩余的ESO和全部的三乙胺，制备出的ECP接枝率最高达4.1514%；ESO与MAH基团的摩尔比为1时产物的接枝效果最好。ECP改性的PLA材料其综合性能优于ESO改性的PLA材料，ECP的加入使PLA的疏水性能提高。