数据标识符（DID）是所有类型数据库中必不可少的标签，尤其是与集成计算材料工程（ICME）、可传承集成智能制造（I3M）和工业物联网有关的数据库。依据全球多个官方文件的展望蓝图的指引和先进材料的快速发展，需要进行更多的研究工作来建立材料信息学的相关数据标准。本文提出了由一系列构建单元（意义段）组成的DID统一格式，该格式与国际和国家标准（如ISO/IEC29168-1:2000、GB/T 27766–2011、GA/T 543.2–2011、GM/T 0006–2012、GJB 7365–2011、SL 325–2014、SL 607–2018、WS 363.2–2011和QX/T 39–2005）中标识符的经典格式一致。每个构建单元均由大写字母和数字组成，不包含特殊符号。此外，依据ISO/IEC 10646国际标准中统一编码标识符单元的格式，对每个构建单元的总长度不做限制规定。基于这些规则，本研究提出的DID具有灵活性，便于在各种云平台之间进行扩展和共享。相应地，智能手机或特定机器可以构造和精确识读这些常见的二维（2D）码，包括汉信码（Hanxin Code）、龙贝（Lots Perception Matrix, LP）码、快速反应（Quick Response, QR）码、网格矩阵（Grid Matrix, GM）码和数据矩阵（Data Matrix, DM）码。通过将这些二维码作为一组与云平台相连的数据指纹，人们可以自动跟踪成分-工艺-结构-性能-服役全流程中的进度和更新，为加速先进材料的发现和制造以及提高研究产出、效能和协作铺平道路。
实际材料是非均匀的、多元的、复杂的，任何材料在特定尺度下都不可能是绝对均匀的或者绝对规则的，可视为'自然芯片'，一个材料每个位置上的成分、组织结构和性能都存在着微小差异， 而这种微小差异的组合形成了材料整体性能，本文综述了基于材料非均匀性本质的高通量统计映射表征技术的研究及应用进展。高通量统计映射表征技术采用一系列跨尺度快速表征技术，从宏观到微观逐级分析，快速获取实际大尺寸试样每个位置上的成分、组织结构和各种性能参量的数据集；通过准确的位置坐标信息，将这些数据集按照点对点的对应关系，形成组合映射点阵数据仓库；根据材料研发的设计需求，从数据仓库中筛选出符合要求的目标区间内的映射数据集；通过对目标区间内映射数据集的统计解析，筛查出接近设计需求的映射数据集，再经过反复验证最终获得反映材料性能的基本单元（组）；通过确定的工艺优化指向参量，验证这些基本单元（组）在介观尺度的组装，最终建立微观-介观-宏观-常规试样-构件跨尺度的成分-组织结构-特性间的量化相关性。高通量统计映射表征技术已在各种钢铁、高温合金、镀层板、铁硅合金等材料体系得到应用， 有效地指导了工艺的优化及材料的改性。
过去70年来，基于Ni-Ti的形状记忆合金（shape memory alloy, SMA）已得到广泛使用，但是提高 其功能稳定性仍然是实现更稳健和更高级应用的关键。SMA因其能够通过可逆的马氏体转变来保 持加工后的形状而得名，它对成分的变化非常敏感。因此，用三元和四元元素合金化来微调SMA 的晶格参数和热滞，成为材料研究中的一个难题。组合材料科学允许从多种表征技术中简化合成 过程和数据管理。本研究采用磁控溅射的方法，在热氧化的硅晶片上制备了具有成分分布的Ni-TiCu-V薄膜库。使用高通量波长色散光谱、同步加速器X射线衍射和温度相关的电阻，测量研究并 确定了成分相关的相变温度和微观结构。在材料库的177种成分中，有32种成分具有形状记忆效应， 其中5种成分具有零或接近零的热滞效应。应用中，这些合金成分在给定工作温度范围内提供了选 择的灵活性。结合薄膜库的局部微观结构和组成，讨论了四元体系的相图和功能特性的相关性。
本研究旨在了解在焊接Grade 91（Gr.91）钢时，热影响区（HAZ）内不同的临界温度与第二相的稳定性之间的关系。IV型开裂出现在Gr.91钢的焊接热影响区。先前的研究表明，Gr.91钢的开裂失效与其抗蠕变性能有关，而Gr.91钢中第二相的稳定性对其抗蠕变性能有着举足轻重的影响。本研究运用计算热力学方法预测了Gr.91钢中的第二相，即M23C6相、MX相和Z相的稳定性。平衡凝固和Scheil凝固模拟方法分别被用于研究Gr.91钢在焊接过程中的相稳定性。本文讨论了四个不同临界温度，即Ac1（加热时奥氏体开始生成的温度）、Ac3（加热时奥氏体转变的终了温度）、M23C6相及Z相的阈值温度对热影响区的厚度和相稳定性的影响。本研究的模拟结果解释了Gr.91钢抗蠕变性能的影响机理，并为如何通过优化钢的成分、焊接和热处理工艺参数提高钢的高温抗蠕变性能提供了一种可行的解决方案。同时，本工作的模拟结果为新型合金的研发，即通过提高钢的抗蠕变性能来防止IV型开裂提供了指导。
在当前的能源需求和气候变化的背景下，可持续能源系统的研究已取得实质性进展。氢-水电化学转化是一种理想的、无化石原料使用的可持续能源系统。然而，该能源系统中两种核心技术的能量转换，即电解水和燃料电池，仍有很大的改进空间。本文分析了氢-水能源系统中电解水和燃料电池的能量耗散，并讨论了在催化剂表面发生的涉及氢-氧反应的主要障碍。通过反应性中间体与表观催化性能之间的标度关系，本文总结了催化活性趋势的框架，为高活性氢-氧反应电催化剂的设计提供了思路。文中介绍了一系列基于催化性能的结构工程方法（包括纳米结构化、晶面工程、相工程、非晶化、缺陷工程、元素掺杂、界面工程和合金化）及其应用，着重介绍从以往的理论和实验研究中得到的合理指导，并概述了电化学氢-水转化系统中的关键科学问题，提出了开发具有高能量转化率的催化剂的研究方向。
本文以硝基苯还原和亚甲基蓝降解为模型反应体系，以非金属氮掺杂石墨烯泡沫（NGF）作为三维结构式催化材料，研究了超重力环境对催化反应性能的影响。在超重力旋转圆管反应器内6484 g (g = 9.81 m·s–2)的超重力环境下，非金属催化硝基苯还原的表观速率常数是传统搅拌反应器内的6 倍。通过计算流体力学理论模拟，揭示了超重力旋转管式反应器内超重力水平较高，湍流动能比传统反应器内有显著提高，液固相表面更新速度快，提高了催化反应效率。X射线光电子能谱和拉曼光谱测试表明该催化材料组成和结构在超重力环境下的反应过程中保持稳定。在另一个模型反应体系中，非金属氮掺杂石墨烯泡沫催化亚甲基蓝降解的速率也随着超重力水平的增加而增大。这些结果表明了超重力强化非金属碳基催化材料催化还原反应的潜力。
时变的网络拓扑结构对多智能体系统的稳定性具有重要的影响。本文研究了在拓扑结构切换情况下，具有'领航者-跟随者'拓扑结构的一般线性多智能体动态系统的稳定性，并将其用于网联汽车的队列控制。为描述多智能体之间的信息交换，本文将切换拓扑建模为关联矩阵特征值均为正实数的有向图，利用黎卡提不等式设计了分布式控制率，并估算了闭环系统的收敛速度。研究提出了具有切换拓扑的多智能体系统稳定性充分判据，同时利用共同李雅普诺夫函数证明了该闭环系统的稳定性。将所得到的结论应用于网联汽车的队列控制，证明了所提出方法的有效性。
中国是世界上普通硅酸盐水泥（OPC）生产量和使用量最大的国家，基础设施建设的快速发展对混凝土材料提出了可持续发展的要求。碱激发材料（AAM）是一种新型节能环保建筑材料，具有广泛的应用前景。本文对比总结了AAM和OPC经硫酸盐侵蚀、酸侵蚀、碳化和氯离子渗透后的耐久性能，阐述了因硅铝质原材料不同和碱激发产物不同，导致AAM耐久性能表现出巨大差异的关系，并根据硅铝质原材料的钙（Ca）含量的高低，对比分析了无钙、低钙、高钙三种体系的AAM的性能劣化机理。尽管目前不同的研究对AAM的耐久性能和长期稳定性存在一定争议，并引起了相当的关注，但总体而言，AAM较OPC表现出了更好的耐久性能。
2003年，Railsback概括了地球自然环境中大量的元素地质学信息，提出了'地学元素和离子周期表'。作为一门应用科学，冶金学与地球化学一样也关注矿物组成和元素行为。本文基于地球化学规律和诸多冶金学实例，梳理了地质学与冶金学之间的相似性和联系。例如，高离子势和低离子势的简单阳离子大多通过湿法冶金提取，而中等离子势的简单阳离子大多通过火法冶金提取。再如，地质学中的元素亲和性与冶金过程中元素的迁移行为紧密相关。具体来说，在火法冶金中，亲石元素倾向于聚集在熔渣中、亲铜/硫元素倾向于进入锍相、亲铁元素容易进入金属熔体、亲气元素倾向于进入气相。此外，在湿法冶金中，可以利用软硬酸碱原理（HSAB）来解释不同溶液中的沉淀与溶解过程，尤其是氟化物与氯化物的行为。本文提供了多个与地球化学原理相关的冶金学案例，论证了冶金学与地球化学之间的相似性和联系。