结构动力学与控制方向
围绕航空航天、机械结构领域中的动力学与控制难点，在复杂结构动力学建模与分析、随机动力学、振动环境试验、新型减隔振技术等领域开展了一系列基础研究和应用基础研究，在非线性时变系统参数辨识、随机动力系统、非线性气动弹性力学、转子系统横向振动控制等方面取得了一系列成果。
发展了多输入多输出非高斯随机振动控制方法。在航空航天领域，随机振动环境试验是确定产品结构动态特性、暴露设计缺陷以及提供改进措施的有效手段。传统的随机振动试验只能复现单轴向平稳高斯随机振动环境，而实际复杂的振动环境往往呈现出多轴向非高斯非平稳特征。围绕多输入多输出非高斯随机振动试验展开研究，在分离控制、六自由度振动以及解耦策略方面取得进展，揭示了结构小阻尼对多输入多输出非高斯随机振动控制谱和控制峭度的影响，研究表明在某些情况下小阻尼比会造成控制谱严重超标和峭度控制失效。建立三轴六自由度振动台系统动力学模型，对传感器位置就行了优化分析，提出了三轴六自由度随机振动试验控制方法。针对非高斯随机振动试验中非控制点的振动响应趋于高斯分布问题，提出了一种多输入多输出功率谱与峭度分离控制策略，利用数值仿真和三轴向振动试验验证了该方法的有效性和可行性，该控制方法常适用于基础激励下的非高斯随机振动环境试验。
非线性时变系统参数辨识是动力学反问题中的难点之一。现有的非线性时变系统的参数辨识方法主要是基于“短时时不变”假设和不同类型的基函数展开法。这两类方法由于自身内在性质及采样频率限制，决定了其仅适用于缓变系统，难以准确捕捉时变非线性系统特有的跳变过程。为了更加贴近参数的实际变化规律，且能够快速捕捉参数局部时刻的变化特征，提出“短时线性变化”假设，将时变参数的辨识问题转化为每一个时间窗内的线性函数中常数项和一次项系数的识别问题。新方法可以更为快速地追踪参数的变化规律，适用于快变系统，也大大改善了辨识精度。此外，对于测量噪声水平较高的情况，将所有相互独立的时间窗联系起来，构建全局约束优化问题，增强辨识算法的鲁棒性，大大提高了新辨识方法的抗噪性。
针对传统的阻尼减振元件极易改变轴系横向振动传递率极点配置的技术难点，开展了新型机电耦合减隔振方法研究，突破了高刚度减隔振器件设计关键技术，提出并开发了一种用于转子横向振动控制的新型压电分流减振环，建立了含机电耦合边值问题的单盘转子动力学模型，结合Laplace变换确定了转子系统涡动特性、稳态响应分析的解析表达式，揭示了电路参数、机械阻尼等对转子系统动力学行为的影响机理，探索了减振环电路耦合引入的新的极点不平衡现象及解决思路，发现了满足力传递率最优的电路参数。试验结果表明，应用这种新型压电分流减振环可以使力传递率降低5.7dB，且几乎不改变转子系统横向振动传递率的极点。为直升机主减系统、传动系统、舰船推进轴系等减隔振提供了新的解决方案和理论基础。
开展了基于多级控制策略与旋转目标交会对接的地面实验、刚度可控的非接触电磁隔振器的设计与实验和模块化结构空间自主装配实验研究。针对航天器交会对接任务提出一种多级控制策略，将追逐航天器与目标航天器交会对接任务分为避碰接近阶段、避碰伴随阶段、最后对接阶段和锁定机动阶段四个阶段，设计了一种包含PD控制、前馈控制及基于人工势函数方法的解析形式控制律，并开展控制器稳定性分析和地面模拟器交会对接实验验证。针对影响卫星上有效载荷运行性能的低频振动，设计了一种针对低频振动的非接触式电磁隔振器，通过一系列地面实验验证了在振动隔离和快速机动模式下的刚度调控性能。该电磁隔振器具有最小为零的可控刚度，当需要隔振时隔振器的刚度可以设置为较低甚至为零，当需要快速机动时则可以设置为较高的刚度，从而适应不同工作场景。面向大型空间结构在轨组装需求，开展了概念验证地面实验研究。设计了一组理论上可无限拓展的模块化结构，提出一种模块化结构自主装配策略以解决模块定位、装配排序和运动规划问题，并搭建了一套由协作机械臂、模块化结构、低成本相机、控制主机组成的地面实验验证平台，结合迭代控制算法开展了模块组装地面实验，基于所提出的组装策略完成了六个模块的组装验证。
研究了非线性随机动力系统的大偏差问题，为探索复杂随机动力学系统中离出现象和兴奋行为潜在的定性机制和定量特征提供了理论依据。在非常弱的随机扰动下，一个即使只有渐近稳定平衡点的动力系统，弱扰动的累积效应可使其样本轨线具有从吸引域中概率1的离出几率且可以达到任何有界的区域，此时反映确定性动力系统长期行为的非游荡点集、平衡点和极限环稳定性、全局结构等概念不再适用。在可激系统中，由于向量场的非一致性，这种大偏差现象会带来一系列复杂且有趣的动力学行为，如噪声诱导的兴奋事件等。本文以单稳态Higgins模型为例，通过定义一条对初值最敏感的相轨迹为拟阈值，研究了高斯白噪声诱导的穿越拟阈值的广义离出问题。基于WKB方法，获得了控制最优离出路径、拟势和指数前因子的常微分方程组。研究表明，类似于双稳态系统，最优路径以近乎相切于拟阈值的方式趋于边界上的拟势最低点。利用奇异摄动法，解析计算了平均首次离出时间和离出位置分布，揭示了鞍点回避等复杂非线性动力学行为。
开展了非线性气动弹性问题研究，突破了传统线性气动弹性模型难以解决的跨声速颤振边界预测失效的难题。现有气动弹性力学系统降阶模型主要采用单纯线性或非线性数学模型来预测颤振边界和极限环振荡。早期降阶模型方法难以预测由于跨声速带来的流场不稳定特性而引发的拍振和节点态振动，加上空气动力在不同结构振动幅值下表现出的不同动特性，以致单纯的线性或非线性模型难以满足预测不同结构振动幅值下的空气动力特性。为解决上述问题，本文提出了基于双步训练的改进型非线性状态方程模型，以同时准确模拟空气动力的线性和非线性特性。改进型非线性状态方程模型是基于线性状态方程，考虑当前输入及状态对当前输出及下一时刻状态的非线性影响而构造的非线性数学模型。数值研究表明，基于改进型非线性状态方程建立的 NACA0012翼型气动弹性降阶模型，可在时频域准确捕捉空气动力强非线性特性，高效率、高精度地预测由跨声速抖振导致的气动弹性响应。
机械结构强度方向
以航空航天和国防科技等工程领域所需的先进材料和特殊结构为主要对象，展开多学科交叉的基础理论和应用技术研究，在复合材料力学和结构强度、智能材料力学、多功能轻质材料与结构设计、含液仿生多孔材料力学行为等方面取得进展。
发展了多种复合材料性能分析方法和强度计算理论，为新型的复合材料结构设计和计算提供基础。如对层合板面内失效理论进行研究，建立一种基于物理机制的层合板非线性失效分析方法，考虑了组合载荷状态下的应力叠加、耦合效应，并引入就地强度效应，提高失效起始预测的准确性；对碳/碳复合材料多尺度氧化分析模型进行了研究，拓展了高温复合材料氧化、烧蚀分析方法，建立了包含纤维、基体和界面的复合材料三相微观氧化模型，得到了稳态和瞬态条件下的理论和数值解，并提出了纤维侧向面暴露的氧化模型，从理论上验证了碳/碳复合材料在垂直和平行纤维两个方向上氧化率相近的试验现象，成功应用于一种针刺碳/碳复合材料氧化失重和氧化剩余强度的分析。
将智能材料与软物质研究相结合，拓展了柔性智能材料及相关领域的应用。如利用柔性压电薄膜提出了一种固体表面能测试方法，并在实验中成功观测到了界面吸附和脱粘过程，为软物质界面情况实时测试提供了新的思路，也为转印技术等高精度表面测试提供了重要参考；利用折纸结构与智能二维材料、形状记忆材料的有机结合，设计并分析了微纳尺度折纸型传感器的力学性能，以及跨温度转变点微结构力学性能与构型变化，为折纸型温度形状记忆传感器奠定了理论基础；针对有限厚度软材料压痕问题，利用Green函数求解了大变形条件下压头位移与软材料模量之间的关系，根据仿真和实验结果分析、构建了压头表面接触力分布模式，并用压痕实验得到了圆形、椭圆形之外的解析解，为软材料压痕实验的表征和标定提供了重要的理论基础；在微观领域，构建柱坐标下Gurtin-Murdoch模型，扩充了连续介质力学在表面界面分析中的应用范围。
发展了多功能轻质材料与结构设计理论，为其工程应用打下基础。如面向舰船、装甲车等装备的防护需求，针对波纹夹芯圆柱/锥壳的自由振动和轴向压缩承载特性进行了详细探究和多功能协同设计，发现了波纹夹芯圆柱/锥壳独特的优势，即保证结构固有频率在一定范围的前提下，通过对结构的壁厚进行设计，可以使其承载能力提高数倍；以波纹点阵夹芯梁为研究对象，提出了一种在多孔芯体内填充液体提升抗冲击/爆炸能力的方法，通过实验和有限元的方法详细探究了结构在斜压载荷下的压溃和能量吸收特性，并采用遗传算法对结构的能量吸收特性进行了多目标优化。针对超高分子量聚乙烯（UHMWPE）层合板和UHMWPE包裹铝板结构的防弹性能进行了数值表征工作，建立了全三维实体连续模型，采用“亚层合法”进行数值模拟，揭示了UHMWPE层合板的侵彻机理，量化了界面强度的影响。
发展了含液仿生多孔材料的分析方法，建立了考虑表面效应的饱和含液多孔介质力学行为的理论框架，不仅给出了包含表面效应的多孔弹性体的通用本构关系，而且赋予了经典Biot理论在小变形下的新内涵；针对含液多孔材料的大松弛情况，基于Biot多孔弹性理论和赫兹接触理论，建立了一种可以广泛表征生物组织多孔弹性的压痕理论方法，极大地扩展了压痕法在大松弛含液多孔材料力学性能表征的应用范围；在考虑了表面张力和液体可压缩性的情况下，建立了理论模型来表征壳体在球形液体夹杂物上力学信号的放大或衰减作用；基于Flügge壳体理论建立了考虑静水压和界面张力的毛细管波动力学模型，分别对轴对称波和非轴对称波进行了研究，发现无量纲界面张力和静水压之差对频散关系有着较大的影响。
振动利用与精密驱动方向
完善了空间、深海等特殊环境下精密驱动关键材料、结构优化及系统设计的理论基础，拓展了精密驱动新材料、新器件和新构型，在耐高压深海机械臂、超精准卫星激光通信、超声振动精准诊疗等方面取得应用突破。
在关键材料研究方面：针对航天应用需求，设计了聚酰亚胺基绝缘型摩擦材料，与传统碳纤维、石墨烯改性的聚酰亚胺摩擦材料相比，热力学和机械性能相当，耐磨性有所提高，有助于提高超声电机空间环境的使用寿命；利用增材制造技术；研制了树脂基纵弯模态耦合型轻量化超声电机，解决粘弹性影响异形模态频率匹配问题，优化结构减小聚合物大阻尼影响，最高输出转速可达200r/min；针对微纳卫星驱动机构轻量化、小型化需求，设计了碳纤维复合材料与压电陶瓷多层复合型纵弯模态耦合型直线压电电机，利用碳纤维材料的各向异性特性提高电机单相驱动性能，同时增加电机强度与散热性能。电机质量为10g,最大推重比可达1605N/kg,最低驱动电压为20Vrms。相较于金属基压电电机，具有功率密度大，驱动电压低的特点。
在器件基础和关键技术研究方面：以气泡驱动型管状微纳马达为操控对象，开展了无表面活性剂双氧水环境中的超声驱动技术研究，能够跟随气泡进行超高速集群运动，平均运动速度可达50 mm/s，将现有微马达集群运动的速度提升了一到两个数量级；面向空间运动机构长效服役需求，提出了中空型高精度、超低速、大速比压电电机设计方法；面向深海高压特殊环境，提出利用全开放压电驱动方法解除深海水压对驱动系统的制约，实现了单振子双螺旋桨水下驱动和多自由度机械臂/手指关节水下驱动原理验证；面向激光惯性约束核聚变的微球靶丸筛选工作，提出了无损、高精度、高效的压电驱动声流操控方法；面向真空、强磁场特殊环境，构建了轨道折叠机器人的压电驱动关节系统和螺纹式超声电机对接机构; 针对微纳米制造行业对作动器的需求，成功研制了基于直线超声电机驱动的六自由度力反馈的微机械手；针对目前尚未有可靠的直线超声电机设计方法这一问题，对直线超声电机的运行机理及控制方法展开了系统深入的研究，机理包含了边界条件和质心振动对电机性能的影响机制；面向低成本痕量气体鉴别这一需求，基于超声波分子操控原理，首次提出并验证了一种可利用超声催化系数或支持矢量机AI算法方法的超声催化型电子鼻，实现了单传感器电子鼻在工作原理上的突破；面向高通量快速可靠生物样品处理这一需求，通过与Duke大学的国际合作，成功将超声台方法应用于超声井阵列的设计，为细胞与其它DNA样品的提供了一种新的高性能方法；针对目前超声钳的励振机构还不够有效从而影响其微/纳捕捉与释放性能这一阻碍超声钳应用的问题，与东京大学合作，提出了利用双辐射面压电励振结构对超声钳进行励振的方法，大幅度提升了超声纳米钳的工作频带与操控功能的多样性。
在精准医疗应用研究方面：针对精准医学中消化道重大疾病靶向药物治疗问题，提出了一种运用于消化道内窥镜中的2mm直径超声换能器的药物可控渗透新方法，实现了胃黏膜中药液的渗透率提高(5.6倍)和消化道模型中热敏脂质体的药物释放（2.9×10-3 mg/min），为超声换能器胃肠道靶向药物释放的应用奠定了基础；针对超声时空精准脑刺激需求，提出了一种柔性可拉伸超声二维面阵，采用行、列寻址式可拉伸电极实现对每一阵元的操控，同时将引线数量由m x n大幅度降低为m + n。激光精密加工技术用于快速、便捷、高效地制备柔性阵列，制备成品率高，工艺可靠。通过三维快速扫描引导，能够实现贴附在复杂曲面上可拉伸超声阵列的空间精准聚焦，这为超声神经调控提供了一种新的实施方式。
在国防、空间应用研究方面：针对现有超声电机在航空航天、武器装备使用的复杂环境下应用存在自锁能力差、中空直径小、控制精度低、不耐受高过载（＞10000g）等一系列的问题，突破超声电机定转子高频摩擦接触力传递模型的全工况仿真、短时无极减速高精度控制、转子系统大变形预压力保持恒定等关键技术，研制出5种新型超声电机以及1个智能舵机伺服系统：（1）大自锁力矩超声电机，实现了输出及自锁力矩>10N·m的功能；（2）特大中空型超声电机，研制成功中空直径为72mm的中空型超声电机，动态角精度≤10μrad(1σ)；（3）高精度超声电机，位置定位精度达1＂，断电自锁位置变动不超过10＂；（4）抗高过载超声电机，新型抗高过载超声电机能耐受15000g过载。四种高性能超声电机的自锁力矩、中空直径、位置精度以及抗过载能力达到国际先进水平，可直接服务于高端武器装备的伺服驱动，为高端武器装备实现轻量化、高可控性、高稳定性提供解决方案，提高高端武器装备伺服驱动系统的灵敏性和可靠性；（5）结构紧凑、大推力和高分辨率的直线超声电机，其最大推力>100N。能满足我国航空航天器、武器系统等高端（智能）装备、医疗仪器、物联网终端等更新换代过程中所要求的高性能和高质量超声电机，打破了国外对我国相关技术的封锁与禁运。所研制的CSX120ZK型超声电机用于行云二号卫星激光通信载荷并于2020年5月成功在轨运行；所研制的CSX76S3-60-TY型超声电机成功应用于国内首颗商业SAR卫星“海丝一号”太阳能帆板展开装置，并于2020年11月成功在轨运行；所研制的CSX76S3-60型超声电机成功批量投产并分别用于核磁共振医疗高压注射器和物联网智慧调节阀上。
微纳系统力学方向
在微纳系统力学理论方面：发展了基于等效厚度的孔边非穿透裂纹三维应力场和疲劳扩展描述方法；提出了一种新的基于裂纹尖端张开位移的蠕变应力强度因子Kδ(t)-Tz, 用来表征三维蠕变裂纹尖端场，为蠕变断裂准则的建立提供坚实的基础。通过原子尺度计算发现一类全sp2键合的具有应变鲁棒性节点环的拓扑半金属碳相。采用瓦片模型，结合氧的对称性、氢键网络的成键原则以及理论计算，预测了具有折叠结构图案的高稳定性单层冰，发现构成单元中的六个水分子沿法线方向呈螺旋状排列的单层螺旋冰新结构。通过分子动力学模拟揭示了长度为 10 纳米的跨膜碳管孔道的可能的结构及其保持稳定的机制。发展了考虑介电响应的适用于二维体系的半经验对势范德华方法vdW2D，能描述其它对势方法不能处理的问题，如符合实验的层间堆垛、范德华异质结的相对界面强度、面内应变依赖范德华作用等。揭示了二维半导体双层黑磷中的光激发-摩擦耦合现象。提出了集成相场/微磁模型和Arrott-Noakes方程的计算方法，实现了跨越居里温度的宽温域磁卡计算。
在新型低维材料多场调控方面：发现二维金属硫属化物半导体中的位错具有优异的单光子发射能力，如果改变位错结构、电荷状态和化学组成，或对体系施加应变，可有效调节单光子的发射频率，最终可实现红外区域内多波段的光子发射，该发现适合于光纤通信技术和量子信息领域的应用（Nano Letters 2020, 20, 4136）。利用磁场诱导镍纳米线单向排列制备了高导电率的超拉伸薄膜，该薄膜在垂直于纳米线排布方向上能承受300%的拉伸应变。发现六方氮化硼衬底上覆盖的n型二硫化钼具有强能带杂交的数值较大的反常的正值Seebeck系数。研究并设计了新型的接触分离模型和滑动摩擦模型，以实现对不同材料在不同状态下界面摩擦起电和静电耗散的影响研究。在磁/绝缘体纳米异质结中实现了有限温度下的电压驱动180度快速磁翻转的理论设计。通过理论指导实验发现硼烯晶体易于形成一种不引入额外晶格缺陷的特殊晶界，称为共格孪晶界，其共格孪晶界可迁移并自组装，最终形成特殊的六边形超晶格相（Nano Letters 2020, 20, 1315）。提出用硼氢化合物高温热分解法制备高质量的二维硼烯，突破了技术瓶颈，其单晶横向尺寸达5 μm，构筑的非易失性存储器的开关电压低至0.35 V，是目前报道的纳米结构材料非易失性存储器中的最低值（Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 10819）。
在水伏等新型能源器件研究方面：基于多尺度物理力学方法，发展了木材等多种水伏材料的大量制备方法，受邀在Joule以“Hydrovoltaic Energy on the Way”为题发表综述文章，综合分析了水伏发电技术的潜力，总结了收集动能，蒸发能和梯度能三类水伏发电技术的发展现状，提出了水伏发电现在面临的主要挑战并展望了其未来发展方向（Joule 2020. 4. 1852）。针对有机无机钙钛矿体系中有机成分在高温下容易挥发分解，影响材料本征热稳定性的问题，提出了“中间相工程”的策略，改善了无机钙钛矿与金属氧化物之间的界面接触问题，提升了器件的光电转化效率和运行稳定性，实现基于全无机CsPb(I0.75Br0.25)3材料的太阳能电池器件光电转化效率达17%，开路电压达1.34 V，分别达到Shockley-Queisser理论极限的66%和86% (Joule 2020. 4. 222)。智能材料与结构方向
在结构健康监测研究方面：针对工程服役条件下损伤高可靠性诊断难题，提出了基于层次分割高斯混合模型的弹性波损伤诊断机制，有效提高了强时变服役条件下弹性波损伤诊断的可靠性及稳定性；在此基础上提出了时变因素影响下的弹性波波动概率统计多损伤成像方法，通过子区域划分和时变损伤敏感特征确定损伤个数和发生的区域，分别针对每个损伤子区域构建其中所有通道的仅对损伤敏感的特征信号，结合延迟-累加成像算法实现工程服役条件下多损伤成像；针对结构载荷及疲劳裂纹扩展预测的不确定性问题，提出了基于人工智能算法的飞行器结构复杂服役载荷在线监测方法，初步实现了飞机机翼大梁结构载荷实时监测，提出了基于在线更新高斯过程模型的疲劳裂纹观测建模方法，并结合粒子滤波算法实现了耳片、大梁等结构在服役载荷作用下的疲劳裂纹准确在线预测；针对飞行器智能蒙皮多参量监测功能的实现难题，提出了基于结构电子打印工艺的应变传感器设计和制备方法，通过在金属/复合材料结构上直接喷墨打印低成本的碳基应变传感器，初步实现了飞行器结构-应变自感知一体化增材制备，进一步提出了蛇形可拉伸应变传感器的设计、制备和封装方法，初步实现了变后缘智能机翼蒙皮的大变形测量；开展了某型可重复使用运载器的导波结构健康监测技术飞行验证，已完成该运载器机身箱间段、左机翼上蒙皮等关键结构部位的传感器监测网络一体化集成，研发了新型触控式小型化导波结构健康监测系统。这将是导波结构健康监测技术在我国航天飞行器上的首次应用。针对复合材料成型过程复杂、难以原位监测的问题，研究了光纤光栅在高温下的温度响应和封装工艺，实现了编织复合材料成型温度、应变等多参量监测，开发了针对周期性结构的热传导及粘弹性的多尺度有限元分析方法，软硬件结合，准确评估了复合材料成型的品质。针对变温环境下复杂复合材料冲击损伤监测难的问题，提出了一种双频Lamb波声-超声监测技术，以减弱温度变化造成的信号波动、提高冲击评估准确性，进一步结合高性能相移光纤光栅平衡传感系统，对复合材料T型接头在拉伸状态下的声发射信号和脱胶的扩展下的声-超声信号进行监测，准确评估了T型接头的损伤程度。
在减振降噪研究方面：建立了器件-结构-电路全耦合的同步开关阻尼（Synchronized Switch Damping, SSD）半主动控制理论，揭示了不同SSD拓扑结构及电路参数对压电智能结构能量转换效率的影响规律；提出了模态观测等多种开关切换方法，降低了SSD控制电路能耗，实现了电路与复杂结构的匹配，能量转换效率提升了3倍；研制了轻量低耗小型的高性能SSD半主动控制系统，重量低至0.5kg，功耗小于2W，体积小于10cm3，在弹翼等结构颤振抑制中获得了良好的控制效果。建立了声学黑洞被动波控制理论，建立了ABH结构的模型和分析方法，揭示了波操控声振耦合机理及参数影响规律，建立了ABH结构性能评价体系，提出了提高ABH性能的结构设计方法，研制了偏心、附加式等多种ABH阻尼器，在无人机设备舱、直升机驾驶舱等结构中获得了良好的宽频减振降噪效果。发明了基于压电元件的智能尾支杆减振系统，实现了模型尾支杆系统的模态识别及多自由度振动主动控制，解决了跨声速风洞实验临界攻角状态俯仰及偏航方向的模型振动问题，扩展了飞行器吹风实验的攻角状态，并在某型飞行器试验中得到了成功应用。针对波浪能/振动能回收问题，提出一种新型的基于Halbach永磁阵列的模块化串联直接式多浮桶能量转换结构，用于海洋波浪能量的转换。对多浮筒结构进行了水动力学、多体动力学、电磁力学等的分析和建模；提出了两种直驱式Halbach永磁阵列电磁能量转换结构；通过多学科优化，获得了典型波浪下的能量采集结构的最优尺寸、重量和电磁学参数。
在功能材料与器件制备方面：针对大型曲面飞行器智能结构的应用需求，提出了多步切割浇注的压电材料制备工艺，建立了压电纤维-金属电极-聚合物基体多界面的压电器件多物理场耦合分析方法，揭示了材料参数、工艺条件、集成方式对压电器件性能的影响规律，提出了多参数协同优化设计方法，制备了高性能柔性压电纤维复合材料器件，最大面积可达85×57 mm2，压电常数d33最大为410 pC/N，建立了柔性压电复合材料器件的表征方法，获得了传感-驱动力电本构模型。针对先进储能材料的研制，选择容量高、储量丰富、成本低廉的钒氧化物作为锂离子电池电极材料，实现了钒氧化物电极材料从低维纳米结构到3D微纳结构的可控制备，全面提升了锂离子电池的电化学性能。在全固态锂离子电池的研究方面，针对离子电导率低问题，提出了多重方法复合制备陶瓷电解质的研究方案，揭示了工艺条件、材料参数等因素对电解质性能的影响规律，制备了高性能LATP陶瓷电解质体系，最高室温离子电导率可达2.19×10-4 S/cm。此外，针对电极与电解质界问题，提出了双层异质、纤维填充等复合电解质的设计思路，建立了复合电解质材料的表征方法，获得了高性能PEO/LATP基复合电解质体系，电化学窗口可达5.21 V，离子迁移数可达0.49，揭示了有机-无机复合电解质离子传输机理及界面修饰方法。在高介电储能陶瓷研制方面，针对电介质电容器在智能电网、新能源产业、先进武器装备上的核心储能元件的需求，突破了水热法难以用AgNO3合成纯相AgNbO3粉体的限制，解决了尺寸可调的纯相AgNbO3粉体关键技术，实现了纯陶瓷击穿场强达到250 kV/cm，该数值为纯AgNbO3陶瓷击穿场强的最大值。提出“介-微-纳”多级尺度的协同调控新思路，进一步优化了储能性能。在高性能无铅压电陶瓷的研制方面，结合纳米钛酸钡粉体水热制备和热压烧结技术，实现了钛酸钡基高性能透明无铅压电陶瓷的制备。其室温介电常数高达7500，压电常数d33达420 pC/N，且可见光及红外光透过率高达60%，体现了光电转换器的压电单晶材料的无铅化、低成本化取代的应用前景。同时，提出了微晶压电陶瓷晶界弛豫化机理，为开发新型高性能压电材料提供重要参考
