现代材料设计理论与方法.pptxVIP

现代材料设计理论与方法;参考书目;课程进度安排;请带着这些问题进入课程学习。。。;一、绪论;1. 背景、历史与现状;什么是材料？;材料科学：核心是结构与性能间的关系;如何得到结构—性能之间的关系？;诞生背景：新材料发展面临的“挑战”;小问题;材料设计的历史;现代材料设计的研究历史;现代材料设计的特点;现代材料设计诞生的前提;研究现状和趋势;材料设计的意义;材料设计的意义;;;挖井的例子;我国现代材料设计的发展;2011年结题的部分973项目;我国存在的缺点和不足：;2.内涵与研究内容;什么是设计？（Design）;材料设计;例如，超晶格的诞生过程;对应关系;与“计算材料学”的关系;本课程在材料类本科教学中的地位;材料设计所涵盖的范围;以下例子属于材料设计范围吗？;材料设计的分类;材料设计的层次;;例如，对金属材料而言;材料的原子结构层次设计;超晶格思想的提出者;材料的原子结构层次设计;材料设计的对象;例如，耐热合金是航天航空技术领域使用最频繁的新型材料，为 了提高合金的高温强度，通常必须向合金中添加其他合金元素。 然而，添加过多将在长期使用过程中出现新物相沉淀，使材料催化。如何控制合金中的添加剂含量？;新材料开发：主要是靠找到性能优异的新化合物， 如钕铁硼、钐钴硫以及高温超导陶瓷等。;预言新的超硬材料;三硼酸锂(LiB3O5:LBO)用Cs（铯）代替Li的实验与计算的消耗比较;预言超晶格;超晶格结构;半导体超晶格的类型;半导体超晶格的类型;半导体发光二极管;超晶格材料——量子阱;超晶格激光器;介电体超晶格;光子晶体;光子晶体的应用;光子晶体增强太阳电池的转换效率;光子晶体光纤;光伏电池的设计;复合材料设计;复合材料;陶瓷设计;高分子材料设计;高分子材料设计;经验法 半经验法 第一性原理 分子动力学法 蒙特卡罗法 有限元法 材料设计专家系统 人工神经网络;本课程将涉及的几种技术途径;a.第一性原理;主要计算方法;b.计算机模拟技术;微观层次的模拟方法;三种计算模拟方法的比较;c.知识库与数据库技术（相图设计）; 当前，国际上的材料数据库正朝着智能化和网络化的方向发展。 智能化是使材料数据库发展成为专家系统；网络化是将分散的、彼此独立的数据库相联而成为一个完整系统。 ;d. 材料设计专家系统（人工智能）; 最理想的专家系统是从基本理论出发，通过计算和逻辑推理，预测未知材料的性能和制备方法，但由于制约材料结构和性能的因素极其复杂，在可以预见的将来，这种完全演绎式的专家系统还难以实现。 目前的专家系统是以经验知识和理论知识相结合(即归纳与演绎相结合)为基础的。 ; 利用大型知识库和数据库辅助材料设计的一个典型例子是日本三岛良绩和岩田修一等建立的计算机辅助合金设计系统。该项目得到日本政府的支持，任务是为未来的可控热核反应炉设计和选择材料。 在大型计算机中贮存了各种与合金设计有关的信息，其中包括各种元素的基本物理化学数据，合金相图，合金物性的各种经验方程式，各类合金体系的实验数据，各种合金的性能、用途以及有关文献目录等等。以元素的含量(百分数)为坐标，构筑以70多种元素的含量为坐标的多维空间将上述各种信息记录在该多维空间中，然后按下列步骤实现计算机辅助合金设计。 ;输入对材料性能的要求。 (2)检索材料信息，找寻符合要求 的资料。 (3)计算所选材料的性质。 对前一步骤选得的Dt集合，根据理论、经验式、内插、外推等各种方法估算其性质。 (4)在计算性质的基础上寻找指标 高的未知材料，将预报点规定为初步选定材料。 (5)应用演绎法、归纳法和数据库中的资料，试图改善初步选定材料的性能以推荐最终选定的材料。 (6)计算最终选定材料的性能。 ;材料设计目前存在的问题;小结;下一讲主要内容;作业题