★Cu2X(X=S,Se,Te)热电材料微结构特征和结构相变及其与热电性能的关系

◆揭示了Cu2Se相对独立的两套亚晶格结构，形成Se长程有序骨架内的Cu短程有序，产生丰富的纳米畴界，造成声子强散射而表现出极低的热导，而长程有序骨架又确保了良好的电输运，最终获得高的热电性能；

◆揭示了Cu2Se从低温相向高温立方相转变过程中持续的强烈的结构变化，依次包括生成Cu的新有序结构、Cu原子的有序-无序转变、Cu原子层间扩散、高温相的形成、可逆相变的往复震荡、立方相内的短程和部分有序，这些变化造成强声子散射，解释了相变温度附近异常高的热电性能；

◆揭示了原子大失配Cu2TexS1-x反Hume-Rothery法则固溶体的固溶结构、构筑原则、热力学稳定机制和构效关系：原子尺寸大失配固溶体是一种熵稳定的固溶结构，固溶的S-Te阴离子形成高对称性的密堆六方亚晶格，提供尺寸较小的Cu离子进行结构弛豫的更充分空间，随着S固溶量的增大，发生Cu的无序甚至非晶化，大幅度增大熵，降低吉布斯自由能，实现单相固溶结构的热力学稳定。

◆发现并解析了Cu2(S,Te)中S和Te各自的化学短程序结构以及Cu2(S,Se)中贫Cu特征面缺陷结构。自主设计和构建了透射电镜准原位电场表征技术，发现含Cu空位的Cu2-(S,Se)可以通过电场诱导的Cu空位迁移和有序化来滋生和发育特征面缺陷，在Cu析出的情况下仍能稳定S-Se阴离子于材料结构中，增强了材料的使役稳定性。

相关合作研究结果发表在Nature Mater. 11, 422 (2012); Adv. Mater. 25, 6607 (2013); Adv. Mater. 27, 3639 (2015); J. Mater. Chem. A 3, 6901 (2015); Nano Energy 42, 43 (2017); Chem. Mater. 29, 6367 (2017); Ceram. Inter. 43, 7866 (2017); Acta Cryst. B 76, 201 (2020); J. Mater. Sci. Tech. 79, 222 (2021); J. Mater. Chem. C 9, 4173 (2021); Adv. Mater. 33, 2008773 (2021); Matter 5, 1 (2022); Acta Materialia248, 118764 (2023); Nano Lett. 24, 2853 (2024)等学术期刊上。

★钙钛矿结构铁电压电陶瓷的微结构和构效关系

◆针对无铅压电陶瓷，提出了晶格伸缩与电畴翻转的耦合模型，阐明了反常应变行为和巨大电致应变的微观机制，为面向驱动应用的高性能无铅压电陶瓷提供了全新的设计思路。

◆针对弛豫铁电陶瓷，从微纳尺度研究了非遍历态和遍历态弛豫铁电体中极性纳米微区在电场作用下的动态演变规律，揭示了极化响应与电容储能的关联机制，为理解和开发高性能弛豫铁电陶瓷提供了基础；

◆针对反铁电陶瓷，突破了反铁电陶瓷中极化调制序构的传统认识，建立了化学组成-极化调制-电学性能的关联规律，揭示了宏观双电滞回线表现出的可逆反铁电-铁电相变在微观上本质是不可逆的，提出了“电魔梯”的新概念，建立了极化调制序构的数学模型，构筑了新型三倍周期亚铁电极化序构。

相关合作研究结果发表在Nat. Commun. 11, 3809 (2020); Chem. Mater. 33, 6743 (2021); ACS Appl. Mater. Interfaces 13, 60241 (2021); Science 378, 1125-1130 (2022); Sci. Adv. 8, eabl9088 (2022); Nat. Commun. 13, 1390 (2022); Nat. Commun, 2023, 14, 2414; Nat. Commun. 2024, 15, 3438; Nat. Commun. 2024, 15, 9293。

★结构陶瓷辐照缺陷演变机制及缺陷构效调控研究

对核用候选陶瓷材料如锆基超高温陶瓷、MAX相和烧绿石氧化物等进行了离子辐照和热处理，利用明场、高角环形暗场、衍射、双束暗场和高分辨等透射显微分析手段探索缺陷的演变规律，揭示陶瓷抗辐照损伤机制。发现了陶瓷缺陷随着辐照深度呈现梯度分布特征，内应力和缺陷浓度梯度共同作用影响缺陷扩散，丰富的晶界促进ZrC陶瓷的自我修复，本征空位可以抑制陶瓷晶胞膨胀却促进了氦泡的生长，高熵效应可以提高陶瓷抗辐照效应但不随熵增而线性变化，相关研究结果发表在Journal of Advanced Ceramics，Journal of Materials Science & Technology和Scripta Materialia等SCI期刊上。在此研究基础上提出了结构陶瓷的缺陷构效调控研究，成功制备多种高熵陶瓷并引入结构的微扰，结合熵焓的调控在高熵碳化物中获得单层原子层分相共生结构，相关研究结果发表在Nano Letters，Journal of the American Ceramic Society和Journal of Inorganic Materials等SCI期刊上。