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预测和调控材料的组织演变是材料科学和工程的“圣杯”. 许多重要工程材料的设计均是通过控制其相变和组织演变过程来实现的，例如通过固态形核析出反应提高镍基高温合金和铝基时效强化合金的机械性能，通过控制铁电晶体的相变达到其介电和机电效应的耦合以及通过马氏体相变得到形状记忆合金的记忆效应等. 相场法已成为模拟多种材料三维组织演变的一种可选方法. 本文将简要论述相场法在材料基因组工程中有望发挥的潜在作用.
材料基因组与相图计算
材料基因组 热力学与动力学 计算 相图计算
2013/6/15
作为新型药品和医疗手段的发展基础，在过去10年间人类基因图谱的绘制获得了巨大的研究经费支持. 2011年6月，美国总统奥巴马宣布了结合计算模拟和先进材料数据库的材料基因组计划（MGI）. 遗憾的是，在公告中对材料基因组仅仅给出了一个相当模糊的定义. 材料基因组的定义与生物基因组类似，对于特定的材料，它的性能取决于其化学成分（储存在基因组中的固有特性）和使用环境（外部交互作用、加工处理、使用条件）....
通过几个相关的研究项目，展示了作者关于材料基因组（Materials Genome®）的基本观点. 目前多组元材料的热力学和动力学数据库包含有单个相的吉布斯自由能函数和原子迁移率，它们是温度、成分以及压力（某些情况下）的函数. 这种数据库的构建方式是把基于不同晶体结构的单个相作为材料的基因组（组成模块）. 作者认为，如果单个相其内在的特定构型，比如磁自旋构型和铁电极化，随着温度、应力和磁...
近年来, 二维石墨烯和准二维无机类石墨烯材料作为电极材料广泛应用于超级电容器, 随着便携式电子器件的快速发展, 超薄、柔性储能器件的研发必不可少. 其中, 具有柔性乃至平面构型的超薄超级电容器正在迅速兴起, 成为一种极具潜力及发展优势的能量存储器件, 而二维材料在该类器件的构建中至关重要. 本文概述了全固态柔性超级电容的构建原理, 特别是二维/准二维材料在构建柔性超级电容器中的材料选择与复合提高性...
基于3D－CAFE法对430铁素体不锈钢凝固热参数的研究
凝固速率 温度场 流动速率 3D－CAFE
2013/5/28
根据430铁素体不锈钢的主要成分和缓冷实验条件下得到的宏观凝固组织,确定3D－CAFE模拟计算需要的枝晶尖端生长动力学系数和Gauss分布参数;采用不同的传热系数进行反复计算,通过计算得到的凝固组织与实验得到凝固组织基本相同来确定缓冷条件下模拟计算需要的传热系数.采用3D－CAFE法对缓冷、空冷和水冷条件下430铁素体不锈钢铸件凝固过程的温度场和流场进行分析,发现缓冷条件下铸件凝固过程中的温度场最...
利用多靶磁控溅射技术在SiO2/Si基体上沉积Cu/Cu(Ge, Zr)多层薄膜,采用四探针仪(FPPT), X射线衍射仪(XRD), 高分辨透射电镜(HRTEM),X射线光电子能谱(XPS)和原位纳米电子束探针能谱(EDS)表征多层薄膜退火前后电阻率、微观结构和界面成分的演变及行为.结果表明, 在低温退火阶段(<200℃), Cu(Ge, Zr)膜层中Ge与Cu选择性反应形成低阻Cu3Ge相,有...
美国总统奥巴马于2011年6月发布了主要依靠先进计算机科学运算能力，以较小投入实现新材料研发速度倍翻为目标的材料基因组国家研究计划. 根据对该问题的认知程度，本文首先简要地讨论了材料基因和材料基因组的起源、科学含义和研究意义，及其材料基因组研究对于材料科学和人类社会发展所可能产生的重要影响. 然后，介绍了本课题组近10余年来所进行的采用第一原理计算方法研究晶体材料基因组相关基础问题的一些工作进展情...
镍基单晶高温合金中γ’相筏化行为的相场法研究进展
单晶高温合金γ’筏化 相场 弹塑性力学
2013/5/9
形核理论、相图计算（CALPHAD）数据库及微观弹塑性力学的发展，使镍基单晶高温合金热处理、疲劳、蠕变等近工况条件下γ’相筏化行为的相场模拟成为可能. 基于镍基单晶高温合金γ’相筏化行为的实验研究进展，结合相场法对γ’析出及筏化行为的组织模拟结果，本文综述了相场模型研究镍基单晶高温合金中γ’筏化行为的主要研究进展.
变形温度对冷喷涂304不锈钢涂层材料高温变形行为的影响
冷喷涂 304不锈钢 变形温度 高温变形
2013/5/2
采用冷喷涂技术制备了致密的304不锈钢涂层材料.利用热模拟试验机对冷喷涂304不锈钢涂层材料在1000－1150℃压缩变形,研究变形温度对其变形抗力、组织和硬度的影响. 结果表明, 随着变形温度由1000℃上升到1150℃,冷喷涂304不锈钢涂层材料稳态变形抗力由315.4 MPa降低到187.9 MPa,硬度由332.8 HV0.2降低到244.8 HV0.2,易变形区面积增大, 自由变形区发生...
亚埃分辨与皮米精度原子结构的实验测量与计算
材料的原子结构 高分辨电子显微学 第一原理计算 氧化物表面
2013/4/27
晶格缺陷不仅是材料中不可避免的结构单元，更是影响材料性能重要的，甚至决定性的因素. 相对于周期性的晶体结构，晶格缺陷的原子构型由大量原子的坐标决定，这给实验测量带来很大困难. 对计算材料学而言，多参数的全局优化也是一个经典的难题. 计算设计所得的结构与其相应的性能是否能实现，需要实验验证. 本文以近期对氧化物表面的研究工作为例，介绍了像差校正电子显微学与第一原理计算相结合在分析晶格缺陷的原子结构方...
奥氏体不锈钢钎焊界面裂纹形成机制研究
氩弧钎焊 含Cu钎料 奥氏体不锈钢 钎焊裂纹
2013/4/25
对316LN奥氏体不锈钢的钎焊界面裂纹形成机制进行了系统研究.首先以Cu-Si和Ag-Cu-Sn两种含Cu钎料对316LN不锈钢管进行了氩弧钎焊,根据焊后工件的打压泄漏情况, 使用OM和SEM观察了钎焊界面的微观组织和裂纹形貌,并用EDS分析了裂纹内表面成分. 结果显示, 钎焊界面裂纹在母材/钎料界面萌生,沿母材晶界扩展, 裂纹内可检测到钎料中的元素, 且裂纹开始形成于钎料凝固之前.为进一步确定钎...