高技术新材料与计算机模拟技术

1．高技术新材料的产生途径在当代高技术迅速发展过程中，新材料的基础和先导作用正日趋明显，新材料本身已成为高技术的重要组成部分。加速发展新材料是国际高技术激烈竞争夺取“制高点”的重要目标，纵观世界各国的高技术计划，几乎都涉及到新材料，如新型光电材料、新型金属材料、精细陶瓷、先进复合材料、生物技术材料等。高技术新材料的产生大致有以下三个途径：1）由于理论突破或偶然发现而出现的材料，如超导材料、半导体材料、激光晶体、光导纤维与金属玻璃等。其中半导体超晶格材料是一个典型的例子，该材料体系首先从理论上提出，…     

磁流变液智能材料,特性及器件研究

本文对磁流变液的材料组成，特性表征及机理，材料制备及器件研制，以及近年来磁流变液领域中取得的较大进展及应用作了简要阐述。     

决定晶体材料结构与性能的“基因”编码

<正>传统的材料研发主要依赖研究者的科学直觉和不断反复的"尝试法"实验,从新材料的设计到新材料的应用一般需要花费10~20年.为了加快新材料的研发过程,降低研发成本,利用计算机技术高通量地预测和筛选具有特定功能的新材料已成为全世界化学与材料科学研究的新热点.近年来,计算机技术在新材料研发的各个环节正发挥着越来越重要的作用.例如,计算机技术可以用来从理论上预测大量未知的新材料,然后根据理论化学计算排除那些实际上不合理的假     

数据挖掘驱动的BiFeO_3-BaTiO_3铁电陶瓷元素替代效应

传统的材料研究方式是耗时费力的试错法,现代材料科学研究方式转向基于材料信息学(material informatics)理论的数据生产和利用——采用各种数据挖掘方法以发现材料数据下隐藏的构效关系和知识,对新材料进行预测和验证.在总结过去对钙钛矿结构氧化物铁电材料数据挖掘实践结果的基础上,选择多种不同原(离)子特征组合的元素对BiFeO_3-BaTiO_3(BF-xBT)铁电固溶体陶瓷进行替代实验,重点探索三方-赝立方结构相界附近组分的BF-xBT基三元固溶体陶瓷的铁电相变和介电、压电响应性能.实验发现替代元素的性质是BF-xBT基三元固溶体陶瓷制备工艺条件和介电损耗、压电响应等电学性质的决定因素,Bi(Zn_(1/2)Ti_(1/2))O_3是当前发现的对BF-xBT基固溶体陶瓷进行改性、获得可工程实用的高性能高温压电陶瓷新材料的有效组元.与现有商用偏铌酸铅和钛酸铋系压电陶瓷材料相比,它们可采用相同的固相反应电子陶瓷工艺制备、但具有更高压电响应等综合性能,为研制高灵敏高温压电传感器提供了新材料选项.     

抗菌不锈钢:抗菌又百变

在生产厨房设备、医疗器械、卫生间用品并进行保洁装修时,人们一直期盼着既能抗菌又能造型的金属新材料出现.兼具结构与功能特性的新材料——抗菌不锈钢既有结构材料的力学性能,又有功能材料的物理、化学等性能.它像一般不锈钢那样,具备作为构件的装饰和美化作用,同时还有抗菌、杀菌的自清洁作用.     

机器学习在材料设计方面的研究进展

新材料的发现是推动现代科学发展与技术革新的源动力之一,是当前促进经济发展与解决环境问题的迫切需求.传统的材料研发基于试错法,效率低且成本高.大量实验与计算模拟产生的数据为新材料的研发提供了新契机.基于这些数据,机器学习最近在材料性能预测、新材料的发现与设计等领域取得了很大进展.譬如基于材料项目(materials project)数据库对钙钛矿材料的统计分类、结合高通量计算对双钙钛矿卤化物材料稳定性的预测,以及金属间化合物电催化剂的设计与筛选等.除了基于隐式模型的预测,机器学习也可以用来发现具有物理可解释性的显式描述符,从而加速新材料的发现.     

材料设计——材料科学的新潮流

“材料设计”的说法始于五十年代中期,近年来逐渐形成潮流,亦已引起我国科学界和工程界的关注。我们从事与材料设计有关的研究已多年,现谨将有关情况作一综述,以供参考。一、“材料设计”的历史背景和现状“材料设计”(materials design)的目标是要改变传统的新材料研制方法。从目前凭经验的“试行错误法”(trial and error method)或我国科学界称为“炒菜”的办法,过渡到从理论出发,靠计算机根据用途或指定性能预报新材料及其制法,做到像设计衣服或房屋那样“设计材料”。“材料设计”受重视的历史背景是:     

液体木材将引发新材料革命

木材、钢铁、玻璃和塑料是现在广泛使用的材料。尤其是塑料，已经成为现代日常生活中最重要的材料。但是，一些德国科学家认为，塑料在不久的将来会被液体木材所代替，液体木材将引发一场新材料的革命。     

具有载流子转变性能的超导材料

日本索尼公司已发现一种具有载流子转变性能的新型超导材料。据该公司发言人称,这种材料是一种含钕、铈、铜、氧元素的烧结体,是经过无氧化条件下的燃烧而形成的。为了形成这种材料,要将铈元素掺入钕元素中,并减少其含氧量,以保证电子载流子具有较高浓度.在普通温度直至超导特性转折点温度范围内,这种新材料显现出电子(n型)传导特性,而当温度降至超导特性转折点以下时,载流子又会转变成P型.对     

介电/半导体复合薄膜生长控制

当前, 电子信息系统为了实现体积更小、速度更快和功耗更低, 正快速向微小型化以及单片集成方向发展, 其中的各种有源器件(主要为半导体材料支撑)和无源器件(主要为功能材料支撑)的集成尤为重要和迫切. 因此, 将具有电、磁、声、光、热等功能特性的介质材料(以极化为特征)与具有电子输运特性的半导体材料, 通过固态薄膜的形式生长在一起, 形成介电/半导体复合人工新材料, 这种复合薄膜将具有多功能一体化和介电-半导体异质层间电磁性能的调制耦合两大特点, 这些特征既为实现信息的探测、处理、传输、执行和存储等5种主要功能单元的单片集成提供了可能,又将长期以来人们追求单一材料的物理极限的研究转移到追求异质结构的复合效应中来, 这为研制更高性能的电子器件提出了新的思路. 结合当前国内外在介电和半导体复合薄膜生长的研究进展情况, 介绍和讨论了我们近期在氧化物介电材料与半导体GaN复合薄膜生长与界面控制方面的一些研究结果.     

绿色化学家正在做什么

从清除水网＂毒瘤＂到节能减排,绿色化学家的努力无处不在。人类使用化学改善生活的历史已不下几万年,一个早期的例子就是使用火。人类史前的祖先用火烹煮食物,这是人们使用化学方法改变物质特性的伟大实践。这以后,他们的后代学会了将不同材料混合起来制造新材料。例如,他们将岩石、矿物和一些来自动植物的材料相混合,有时对材料进行加热和加压。经过反复尝试,他们知道了如何制造更合用的新材料。在这方面,制作颜料和肥皂是两个典型的事例。     

新材料在建筑节能中的应用及质量问题探析

建筑节能工程中的新材料、新技术、新工艺，给建筑施工技术创新带来了深刻的影响，文章主要对建筑新材料在节能工程应用中常见的质量问题从理论上进行了研析，并提出应对方法。     

材料基因组计划简介

美国总统奥巴马明确指出“材料基因组计划”(The Materials Genome Initiative, MGI) 的总目标是“将先进材料的发现、开发、制造和使用的速度提高一倍”。白宫科技政策办公室在2011年6月发布的相应的白皮书《具有全球竞争力的材料基因组计划》中阐述了材料创新基础设施的三个平台：计算工具平台、实验工具平台和数字化数据(数据库及信息学)平台。材料基因组计划/工程不仅仅是要开发快速可靠的计算方法和相应的计算程序,而且也要开发高通量的实验方法来对理论进行快速验证并为数据库提供必须的输入,还要建立普适可靠的数据库和材料信息学工具,以加速新材料的设计和使用。材料基因组计划/工程旨在材料领域建立一个新的以理论模拟和预测优先、实验验证在后的“文化”,从而取代现有的以经验和实验为主的材料研发的理念。     

SIC材料及器件的应用发展前景

SiC材料是第三代半导体材料,由于可用于军事领域,国外限制该产品的出口。作者首先阐述了SiC 材料的基本特性,介绍了SiC晶体的生长技术及晶体供应商,尤其是国内SiC晶体材料的研制现状,最后评述SiC器件的应用领域和市场前景,并指出中国应建立SiC材料及器件研制和应用的产业链。     

可吸收光线的新材料

来自美国波士顿大学和杜克大学的科学家小组开发出了一种高科技的超材料,可百分之百地吸收照射到它上面的光线。此小组设计和制造的这种新型超材料能利用微小几何表面特性来成功捕获微波的全部电磁场特性。而他们研制此超材料之前,     

用超声化学方法产生超细非晶态铁微粒

超细金属微粒是新材料的重要部分,是一种在纳米级范围内研究的新的物理状态,具有与人们通常所认识的“块状”材料不同的新的物理、化学特性,以及崭新的应用前景.因此国际上在发展新材料的计划中,都瞄准这一新的纳米科技的前沿领域,并促使其研究、开发和应用迅速发展.纳米级金属微粒的制备方法很多,大致可分为物理、化学和综合方法等.发展较快的有激光气相法、激光加热蒸气法和红外多光子解离法.本文研究用超声化学方法产生非晶态铁微粒.非晶态铁可作为耐腐蚀涂料、高磁性记录密度材料以及用于制造电力变压铁     

21世纪的新材料—稀土面临的机遇

２１世纪的新材料——稀土面临的机遇中国科学院院士中国科学院长春应用化学研究所研究员苏锵１稀土的特性及其在发展新材料中的应用稀土的特异性能来自于它们具有特异的电子构型。从镧到镥随着原子序从５７至７１的增大，在内层的４ｆ轨道中逐一填充电子。这些４ｆ电子被...     

新型材料和材料科学及其在现代科技、经济和社会发展中的作用

材料历来是人类进化的标志之一。七十年代就有人把材料与能源、信息一起称为现代文明的三大支柱,现在人们又把新材料、生物工程和信息作为新技术(产业)革命的重要标志。新材料引起了新技术的质的变化,同时也极大地影响着社会的变革和人民的生活。新材料的主要特点是:以科学为基础;其发展与新工艺、新技术有非常密切的关系;品种多,更新换代快;生产规模小。新材料的基础是材料科学。目前,新材料的发展越来越依赖于基础研究,依赖于知识。和其他各门科学一样,材料科学也是与技术密切结合在一起的;同时,材料科学是一门多学科交叉的科学,它涉及固体物理(凝聚态物理)、固体化学、物理化学、有机化学、冶金     

关键技术中的新材料(上)

新材料是发展高新技术的物质基础,也是改造传统产业的必备条件,因此,世界各工业发达国家都给予高度重视,把新材料的研究与开发列为关键技术的重要组成部分。 从目前到下世纪初,新材料的发展主要有以下几个方面: 信息功能材料 信息功能材料是新材料中最活跃的领域。信息行业,主要包括通讯、计算机及控制等三个方面,指信息的获取、传输、存储、显示、处理等,这些都以材料为基础。     

导电性聚合物的合成、结构与电导

人类文明的发展,技术的进步一直是与新材料的出现紧密相关的。近30年来高分子材料的出现和应用对现代文明的发展起了极为重要的作用。但至今不论天然或合成高分子材料都是作为绝缘体而应用的。虽然在上世纪末人们就已知道将金属粉末或碳黑混入天然高分子材料中可赋与其一定的电导性,近年来这种复合型导电材料又得到了很大的发展并在很多方面得到了应用。但这并不是高分子本身的特性。六十年代初期由于发现TCNQ(四氰基对苯醌二甲烷)的一系列电荷转移复合物具有较高