计算机在材料模拟计算与设计中的应用

计算机模拟材料计算与设计是随着计算机技术的发展和对新材料的开发和更新的要求日益增加而形成的一门新兴学科方向。本介绍了计算机模拟材料计算与设计的特点和意义、主要研究方法。     

新材料时代的创新精神——评《多层喷射沉积技术及应用》

人类使用材料的历史已经从远古的石器时代逐步过渡到现代的新材料时代．新材料时代是一个由多种材料决定社会和经济发展的时代，我们所研究开发的新材料是在我们对材料的物理和化学性能有深入了解的基础上，为了特定的需要设计加工而成的材料，从这个意义上来讲，新材料时代是一个强调创新的时代。     

“材料基因组”方法加速热电材料性能优化

通过材料计算、数据库技术的整合与协同,可以快速甄别决定材料性能的基本关键因素,将这种方法用于材料的性能优化和新材料的设计,可以实现科学化"系统寻优"的材料基因组方法,显著加快热电材料的设计与性能优化。以填充方钴矿材料和类金刚石结构化合物为例,从电子和声子优化的不同角度,采用材料基因组方法从成百上千种可能性中快速筛选和制备出高性能热电材料,展示了材料基因组方法可显著加速热电材料研究的能力。     

基于材料基因组计划的计算和数据方法

 材料基因组计划的核心理念,是通过计算、数据和实验“三位一体”的方式,变革传统的主要基于经验和实验的“试错法”材料研发模式,把发现、开发、生产和应用新材料的速度提高到目前的两倍。它旨在建立一个新的以计算模拟和理论预测优先、实验验证在后的新材料研发文化,从而取代现有的以经验和实验为主的材料研发的模式。本文论述如何通过计算和数据的方法加快新材料研发,介绍帮助加快新材料发现的高通量集成计算基础平台和软件框架MatCloud。     

数据科学范式下的钙钛矿结构铁电新材料研究

 材料基因组计划倡导预测式新材料研发理念，推进高通量数据生产和利用技术，关注材料全生命周期价值。因此，材料基因组计划的执行需要在材料科学系统工程的框架下，集成统一计算、实验和理论等研究方法，以数据科学新范式为牵引、协同运用实验观测、理论建模和计算仿真研究范式，最终建立相关材料体系的性能与材料基因（原子系统的组成与结构）、工艺参数与使役条件之间的量化关系和数据库，实现新材料的按需设计和应用。本文在简单探讨科学研究范式、材料基因组计划和材料科学系统工程基本概念和方法的基础上，以钙钛矿结构氧化物铁电压电材料研究为例，探讨了数据科学范式下的新材料研究实践。结果表明，数据挖掘驱动的新材料设计确实可以降低探索时间和实验任务，加快新材料的发现和应用进程。     

书评

新材料对于高新技术及产业的发展起着重要的作用，通过材料设计，用计算机对真实的系统进行模拟，预测材料的性能，指导新材料的研究，可显著加速新材料的开发与实用化的进程，因而材料设计已引起各国材料学家的普遍重视。     

材料基因组——材料研发新模式

 依赖于科学直觉与试错的传统材料研究方法日益成为社会发展与技术进步的瓶颈。革新材料研发方法、加速材料从研究到应用的进程成为世界各国共同的需求。作为"先进制造伙伴计划"(Advanced Manufacturing Partnership,AMP)的重要组成部分,美国总统奥巴马在2011 年6 月宣布了"材料基因组计划"(Materials Genome Initiative,MGI),通过整合材料计算、高通量实验和数据库,全面提高先进材料从发现到应用的速度,降低成本。MGI 提出了材料研发的崭新模式,为美国发展高端制造业,保持并强化其在核心科技领域的优势奠定了创新基础。中国材料科学界在1999 年6 月召开主题为"发现和优化新材料的集成组合方法"的第118 次香山科学会议,寻找加速发现新材料的有效途径。2011 年12 月,中国科学院和中国工程院主办主题为"材料科学系统工程"的第S14 次香山科学会议,研究中国应对MGI 的策略,并在随后3 年中,多次组织以材料基因组计划为主题的研讨会、报告会,使得中国材料界对材料基因组技术的认识不断深入,形成基本共识。2014 年,中国科学院和中国工程院分别向国务院提交咨询报告,建议尽快启动实施中国材料基因组计划。本文简要介绍材料基因组计划的主要内容、技术内涵、科学本质、国内外最新动向及其未来发展趋势,并根据中国的实际需求特点与现有条件,对实施中国版材料基因组计划的发展战略、技术路线、政策措施等提出建议。     

基于协同方式的材料设计软件的开发

新材料的研制模式，长期以来是在少量数据分析的基础上开展大量的试错型的实验研究，这就使得新材料的研制效率较低。随着信息技术的发展，人们在前人研究的基础上积累了大量的材料性能数据，如何通过信息技术的应用，充分挖掘这些分布于不同的地域、不同信息系统的原始数据之间的内在关系，进而为缩短材料设计周期、提高研究效率找出一种新的研究方式和方法。正是基于这一出发点，提出了将“协同软件”融入到材料设计过程之中，将大量的、各种类型的材料数据交予不同专业方向的设计者进行分工协作式的开发，从而为高效率的找出数据间的规律、为材料设计方法的创新进行了有益探索和实践。     

新材料产业提升北京城市竞争力

目前,新材料产业在发达国家已经成为一个具有技术和商业竞争力的支柱产业,其产出在国民经济中占有重要地位。主要发达国家均将发展新材料作为一项国家战略。美国政府在90年代的《国家关键技术计划》中,一直将新材料技术列为重要研究领域;日本把开发新材料列为国家的第二大目标,认为新材料技术是推动21世纪创新和社会繁荣的主导力量;德国在其21世纪9大重点发展领域中将新材料列在首位。进入21世纪,以纳米材料、超导材料、光电子材料、生物医用材料等为代表的新材料技术创新异常活跃,新材料产业的发展面临重大机遇。我国对新材料产业的发展极…     

基于材料基因工程的锂离子电池材料数据生成及数据挖掘平台

利用材料基因工程方法探索锂离子电池新材料是目前国际上重要的技术手段.通过高通量计算手段计算生成大量锂离子电池材料的基本物理化学性质数据,利用数据挖掘技术,总结材料物理化学性质与材料的组分、组织结构等的构效关系,进而探索发现新型锂离子电池材料和改性现有材料.利用材料基因工程基本思想,设计了利用无机材料晶体结构数据库中的结构数据为源数据,通过基于Web服务器来产生第一性原理计算软件VASP的输入文件信息,并通过Web网传输到并行计算中心实现材料性能计算,生成的材料性质数据再返回到Web服务器.通过对材料结构和性质数据进行挖掘,总结锂离子电池材料的构效关系,为锂离子电池材料设计提供技术支持.     

中国新材料创新突破的路径及政策保障

 新材料是未来高新技术产业发展的基石和先导,精准设计新材料创新突破路径及政策,是中国实现制造强国战略目标的必然要求。梳理了美国、日本与欧盟等材料强国的新材料技术创新突破经验,探讨了中国先进基础材料、关键战略材料与前沿新材料产业发展的现状与问题,分别设计了先进基础材料“竞争力提升”创新突破路径、关键战略材料“自主可控”创新突破路径及前沿新材料“抢先卡位”创新突破路径,并从完善新材料产业创新系统、引导新材料产业创新方向、建设新材料产业新型创新基础设施、构建可持续的创新保障体系等方面提出了政策建议。     

组合材料芯片技术在新材料研发中的应用

 组合材料芯片是高通量材料实验技术的重要组成部分,可实现在一块较小的基底上,通过精妙设计,以任意元素为基本单元,组合集成多达10~10⁸种不同成分、结构、物相等材料样品库,并利用高通量表征方法快速获得材料的成分、结构、性能等信息,以实验通量的大幅度提高带来研究效率的根本转变,实现材料搜索的"多、快、好、省"。组合材料芯片技术经历了20 年的发展与完善,已形成一系列较为成熟的材料制备技术与表征方法。本文列举多年来涉及微电子材料、磁性材料、光电材料、能源材料、介电材料、催化材料、合金材料等15 个领域中较为成功的应用案例,以展示组合材料芯片技术在加速新材料发现、材料和器件性能优化、以及基础物理研究中的突出作用及效果。     

评介《嵌入原子方法理论及其在材料科学中的应用--原子尺度材料设计理论》

随着计算机计算能力的提高和计算技术的完善及与材料科学的相结合,计算材料科学得以建立并得到了长足的发展,对新材料的开发和材料性能的改善正在发挥重要作用,成为当前材料科学最为活跃的前沿领域之一.     

兰州理工大学省级重点学科有色金属冶金与新材料学科简介

兰州理工大学有色金属冶金与新材料学科是以甘肃省有色金属资源开发为主体,以有色金属冶金学科与材料学科为基础产生的综合性、交叉性边缘学科。其主要特色在于突破了传统有色金属冶金学科领域,把冶金工艺研究与高性能材料的开发研究有机地结合起来,把科学研究的方向与发展甘肃     

钱学森与材料设计

扼要地介绍了近20年来著名科学家钱学森积极倡导和有力推动的关于"材料设计"的思想、 理论、层次、方法和体系。经历届"八六三"计划专家组的努力,"材料设计"己列入国家 级新材料发展计划,并取得了可喜的成果。     

硅基半导体光电子材料的第一性原理设计

具有特定功能的半导体材料的计算设计，是计算材料科学的一个重要研究领域．由于半导体的诸多性质取决于价带顶和导带底的电子态及其中的载流子分布，因此带隙的大小和能带极值的对称性便成为半导体材料设计最受关注的问题．为了进一步解决硅基光电子集成（OEIC）技术发展的瓶颈．设计具有直接带隙特性的硅基新材料并使其成为有效的光发射体，是一项富有挑战性的工作．本文在分析大量半导体能带结构的基础上，给出类sp系列半导体由间接带隙过渡到直接带隙的主要物理机制，并以对称性概念、芯态效应和电负性差效应为基础，提出一种新的直接带隙半导体材料设计方案．根据这个方案所表达的设计思想，我们对当前十分受关注的硅基光发射材料进行了计算设计．结果发现，用VI族元素在硅生长时进行周期性插层的、具有正交和四角点群对称性的人工微结构材料VIA／Sim／VIB／Sim／VIA具有直接带隙特性．其中当m=5或奇数时，材料有四角结构对称性，而m=6或偶数时是正交结构对称性．VI“。。是在〈001〉生长方向生长的单层VI族元素．这类材料的优点在于可自然地与硅实现晶格匹配，与微电子技术相兼容，并可较容易的用现行的MBE、MOCVD或UHV-CVD生长方法实现．预期这类新材料及其相应器件的研制开发．将大大开拓全硅OEIC和硅光子集成（PIC）技术的进一步发展．     

冶金新材料发展目标确定

最近,国家冶金部门制定的“冶金科技发展指南(2000～2005年)”确定了冶金新材料发展的目标。冶金新材料发展的目标是:1.充分利用当代科学,例如固体物理、量子化学、计算机科学,特别是材料科学最新成果,根据当前市场需要以及国民经济、社会发展、国防建设、高新技术产业发展的潜在需求,优化企业结构,特别是冶金产品结构,研究开发先进冶金材料、淘汰落后材料、推广高技术含量、高附加值、量大面广关键材料,不断完善具有我国特色并与国际市场接轨的冶金材料系列。     

浅析公共建筑设计的结构技术创新

公共建筑设计的技术创新是公共建筑设计创新的本源动力,建筑结构的更新、生态技术要求和新老材料的开发,促使建筑师不断地进行建筑技术设计的创新。这些新结构、新技术和新材料的开发应用,在根本上解决的公共建筑设计中所面临的功能和形式问题。     

素质教育背景下的“土木工程材料”教学体系的构建

从土木工程专业教育面临的实际问题入手，针对土木工程材料课程教学过程中存在的共性问题，以提高学生工程实践能力和创新素质为出发点，从多种教学方式的设计运用、综合设计性实验的开发以及全方位的课程考核体系的确立等方面对土木工程材料课程新型教学体系的构建进行了探讨。     

第2届全国环境岩土工程与土工合成材料技术研讨会将于2008年11月召开

土木工程建设的发展离不开先进高性能工程材料的研发,土工合成材料技术在土工加筋和加固工程中得到了广泛应用．研发新材料、应用新技术是岩土工程学科发展与技术进步的重要过程．然而,在各种土工合成材料的工程特性和应用于各种工程的土工合成材料的设计理论与计算方法等方面还存在许多未知或不明确的因素,有待于继续探索．