2013材料科学与研究方法复习题
一、名词解释(5题，15%)
材料、材料是指具有指定工作条件下使用要求的形态和物理状态的物质。
材料科学与工程、材料科学与工程学科以数学、力学及物理、化学等自然科学为基础，以工程学科为服务和支撑对象，是一个理工结合、多学科交叉的新兴学科，其研究领域涉及自然科学、应用科学和工程科学。
移植法、指讲某学科的原理，方法或技术等应用于研究和解决同一学科内的分支科学或其他学科和技术或方法问题，又称转域创造法。
原型启发法、对自然现象进行观察、探索受到启发来进行科学研究和创造发明的。起启发作用的事物称为原型
耗散结构、指从环境中输入能量或（和）物质，使系统转变为新型的有序状态，即这种形态依靠不断地耗散能量或（和)物质来维持。
蠕变是指金属在恒定应力作用下，随着时间的延长发生的缓慢而持续的形变( 非弹性变形).
超塑性、材料在特定的组织状态(如超细晶或复合材料) ，在一定温度和形变速率下表现出极高塑性的现象。
仿生学、指原型启发法中的原型为自然界的动植物或自然现象，从材料的观点研究生物材料的结构和功能特点，并用以设计和制造先进复合材料
材料设计、是依据积累的经验，归纳的实验规律和总结的科学原理制备预先确定目标性能材料的科学
多尺度材料模型、一般是由三个不同尺度的模型组成，即连续介质和介观层次，微观层次及原子层次材料模型。
材料设计专家系统、具有相当数量的各种背景知识，并能运用这些知识解决材料设计中有关问题的计算机程序系统
有限元法、有限元的基本思想是将结构物质看成是由有限个划分的单元组成的整体，以单元节点的位移或结点力作为基本未知量求解。
物理模型、对具有相同物理本质特征事物的抽象。在工程技术中，就是利用物理模型模拟实际系统的行为和过程的方法。
数值模拟、数值模拟是以实际系统和模型之间数学方程式的相似性为基础的
分子动力学方法、一种确定性方法，跟踪每个粒子的运动。求解所有粒子的运动方程，模拟原子的路径相关的基本过程。
细晶强化、由于晶界两侧晶粒的取向不同，多晶体晶粒中的位错滑移除了要克服晶格阻力、滑移面上杂质原子对位错的阻力外，还要克服晶界的阻力，由此产生的强化称为～。晶粒愈小，晶界就相对愈多，晶界阻力也愈大，强度越高。
回火、将淬火后的钢/铁，在AC1以下加热、保温后冷却下来的金属热处理工艺。
调质处理、淬火并高温回火的复合热处理工艺称为调质。
时效强化、合金经固溶处理后，获得过饱和固溶体，在随后的室温放置或低温加热保温时，第二相从过饱和固溶体中析出，引起强度，硬度提高以及物理和化学性能的显著变化，这一过程被称为时效强化。
GP区、GP区为溶质原子（如Cu）的富集区，其晶体结构与基体相同，溶质原子集中在Al晶格的{100} 面上。
有序结构、物体内部质点在空间呈某种有序排布的结构，具有空间周期性。但较常被用于专指“超结构”。如晶体，有序固溶体Cu3 Au。
无序结构,当两种(或两种以上)原子或离子在晶体结构中占据某种位置时，如果它们相互间的分布是任意的,即它们占据任何一个该种位置的几率都是相同的，则这种结构称为无序结构。如非晶态固体，气体，液体。
二、简答题(5题，15%)
1,简要叙述材料可以分为几大类，各大类又可分为哪几种。
根据材料的化学组成可将材料分为金属材料，无机非金属材料，高分子材料和复合材料四大类。金属材料可分为黑色金属和有色金属两大类。无机非金属材料分为天然无机非金属材料，硅酸盐材料和新型硅酸盐材料三大类。高分子材料分为天然高分子材料和合成高分子材料。
2,材料发展可以分为哪几个时代。
古代材料发展：石器时代，青铜器时代，铁器时代。近代材料发展史。
3,简述材料的近代发展史。
第一次技术革命
18世纪后期，以蒸汽机的发明为主要标志，促进了钢铁材料发展。
第二次技术革命
19世纪末，以电的发明为标志，促进了无机材料发展和高分子材料出现。
第三次技术革命
20世纪中期，以原子能应用为重要标志，实现了合成材料、半导体材料的工业化。
第四次技术革命
20世纪70年代，以计算机、特别是微电子技术、生物工程技术和空间技术为主要标志，促进了各类新型材料发展。
4,材料主要有哪些共性规律和共同效应。
材料科学的共性规律
晶体学结构规律,材料缺陷与强度,材料的相变原理,材料的形变与断裂,材料的强韧化原理. 材料的共同效应
界面效应,表面效应,复合效应,形状记忆效应,动态效应,环境效应和纳米效应.
5,简述材料研究开发趋势。
单一材料向多种材料扬长避短的复合化；
结构材料和功能材料的整体化；
材料多功能的集成化，功能材料和器件一体化；
材料制备加工的智能化、敏捷化、功能仿生化；
材料科技的微型化、纳米化；
材料设计的优选化；
材料研究开发的环境意识化、生态化；
材料科学技术的多学科渗透综合化、大科学化。
全材料科学的形成
6,材料科学与工程学科发展的特点。
（1）各类材料逐步趋向统一（2）材料的发展和应用是系统工程（3）科学与工程的全面融合（4）多学科和跨学科交叉研究和应用（5）新的思维、方法、发现和理论不断产生（6）绿色材料科学技术是必然趋势
7,材料研究基本方法有哪些？并就一种方法举例说明。P47
归纳与演绎法，分析与综合法，类比与移植法，数学与模型法，系统方法，假说与理论法，原型启发法与仿生法
8,移植法可分为哪几种？
①技术移植创新法。
②原理移植创新法；
③方法移植创新法；
④综合移植创新法。
9,关于组织结构与层次，应注意哪五个共性问题。
可分与穷尽，转换与守恒，树木与森林，表象和真实，质变和量变
10,材料性能的基本特性有哪些。
现象与本质，区分与联系，复合与转换，主要与次要，常规与突变。
11,材料结构的设计与控制（选择和改进）的基本思路是什么？
（1）根据工程结构的服役条件，提出零部件所使用的性能要求；
（2）查阅有关资料，依据知识和经验初步选择材料；
（3）根据所选材料的基本知识，设计相关的工艺；
（4）检测微观组织，测试其性能；
（5）如测定结果达到了设计要求，则进行实际试验；
（6）根据失效分析，确定改进的技术方案。
12,从石墨烯的发现过程可得到什么启示？
从他们的研究过程，我们还可以得到一些宝贵的启示。有科学家在20世纪40年代就对类似石墨烯的结构进行过理论研究，但制取单层石墨烯的努力一直没有成功。但海姆和诺沃肖洛夫没有放弃，他们不断地试验，研究分析，最后用普通胶带完成了他们“魔术”般的发现。他们用胶带从石墨上沾下薄片，这样的薄片仍然包含许多层石墨烯。但反复沾上十到二十次，薄片就变得越来越薄，最终产生一些单层石墨烯。早在上世纪40年代就有科学家对类似石墨烯的结构进行过研究，用胶带从石墨上沾下薄片的方法之前也有人试过，但他们都没有坚持下去。只有海姆和诺沃肖洛夫一直没有放弃努力，不断探索研究，最终取得成功。他们只不过比别人多走了一步，多坚持了一下，就走到了成功的彼岸。
13,简述材料制备或加工过程有三个共性的问题：方向、途径和结果，并举一例说明。这三个问题遵循着三条原理：
(1)方向——沿着能量降低的方向发生
(2)途径一沿着阻力最小的途径进行
(3)结果—过程的结果是适者生存。
在材料中也有不同过程的竞争，过程产物适者生存。例如，有色合金的时效脱溶产物。只有最适合于环境（即结构、成分、能量的起伏）的过程，才是最易发生的。P89
14,材料设计的特点有哪些？包括哪几个层次及其相互关系？
特点：（1）经验设计和科学设计并存与兼容；
（2）材料设计将逐渐综合化；
（3）材料设计将逐步计算机化。
材料设计层次：微观设计层次，介观设计层次，宏观设计层次。
空间尺度约1nm数量级，是电子、原子、分子层次的设计。
典型尺度约1μm数量级，材料被看作是连续介质，是组织结构层次的设计。
对应宏观材料，涉及大块材料的成分、组织、性能和应用的设计，是工程应用层次的设计。不同层次所用的理论及方法是不同的，不同层次间常常是交叉、联合的，不同层次的目的、任务及应用也不尽相同。
15,材料设计主要途径与方法有哪些？举一例说明。P130
1，从相图角度进行设计，2从数量冶金学角度进行设计，3，基于量子理论的设计，4基于物理，数值模拟的设计，5多尺度材料模型与计算设计。
16,材料设计的主要技术有哪些？
1材料数据库和知识库技术；
2材料设计专家系统；
3材料计算设计中的计算机模拟；
4基于数据采掘的半经验材料设计。
17,有限元法的适用范围有哪些？
对于实际的非均匀介质，要得到热应力分布的解析解几乎是不可能的，特别是对于
三维的问题和非线性情况，有限元法是解决问题的最有效的方法。
18,材料研究模拟设计的基本思路。P160
19,物理模拟有哪些特点及应用。
（1）在特殊情况下，物理模拟意义大。
（2）利用物理特性相似模拟。重大工程→首先建造出物理模型进行物理模拟，（3）可建立整体系统的物理模型；复杂系统可分别对子系统进行模拟试验。
（4）要进行物理模拟试验与分析。
物理模拟已成功应用于汽车行业的大量冷锻、冷挤压件生产和零件精密成形
20,举一例说明数值模拟的应用。 P167
21,物理模拟与数值模拟的关系。
物理模拟通过建立物理模型和试验了解实际系统的行为特征模拟结果一般不能外推，准确性及普遍性依赖于测量范围和相似条件
数值模拟利用控制方程描述过程参数变化，采用数值方法求解而定量提供整个域内的数据，很多非线性问题可以用数值方法获得定量结果
数值模拟与物理模拟具有不同的特点和应用，两者具有互补性，物理模拟是数值模拟的基础，数值模拟是物理模拟的归宿，两者结合，才能有效地解决工程复杂问题。
22,分子动力学方法有哪些应用，举一例说明。
在材料科学：界面、位错、裂纹、界面偏析、亚晶等问题的研究。
纳米材料研究应用：模拟晶格畸变、晶体生长、弹性模量、应力-应变关系、高温形变行为、扩散、烧结等，都取得了比较满意的结果。材料包括：纳米纯金属(如Cu、Ni等)及其合金、Si等非金属和陶瓷等材料。
23,为什么细晶强化既能提高强度，又能同时提高塑性？
常温下，晶粒越细，变形量可分散在更多晶粒中进行，产生较均匀塑性变形，而且夹杂等更加分散，不至于造成较大应力集中→避免裂纹产生。
24,什么是回火？回火的种类？什么是调质处理？
回火（课堂提问）
定义：将淬火后的钢/铁，在AC1以下加热、保温后冷却下来的金属热处理工艺。
目的：用以减低或消除淬火钢件中的内应力，或降低其硬度和强度，以提高其塑韧性。
低温回火：150~250℃，回火后得到回火马氏体，高的硬度和耐磨性，硬度58～64HRC。应用范围：刃具、量具、模具、滚动轴承、渗碳及表面淬火的零件等。
中温回火：350～500 ℃，回火后得到回火屈氏体，较高的弹性极限、屈服点和一定的韧性，硬度35～50HRC。应用范围：弹簧、锻模、冲击工具等。
高温回火：500 ℃以上，回火后得到回火索氏体，强度、塑性和韧性都较好，硬度200～350HBS。
25,什么是时效强化和GP区？可时效强化的铝合金有哪些？
时效强化：合金经固溶处理后，获得过饱和固溶体，在随后的室温放置或低温加热保温时，第二相从过饱和固溶体中析出，引起强度，硬度提高以及物理和化学性能的显著变化，这一过程被称为时效强化。
GP区：GP区为溶质原子（如Cu）的富集区，其晶体结构与基体相同，溶质原子集中在Al 晶格的{100} 面上。GP区形状为圆盘形、直径5~60 nm，厚度＜1 nm。
可时效处理强化的铝合金有哪些：
(1) Al-Cu-(Mg) 2000系如2024
(2) Al–Mg–Si–(Cu) 6000系如6061
(3) Al-Zn-Mg-(Cu) 7000系如7075
26,什么是欠时效、峰时效和过时效？合金能产生时效强化的条件是什么？
三、论述题(5题，40%)
1,谈谈现代科学技术的发展史、材料的发展史或材料科学的发展史。P10
2,如何理解性能、结构、过程和能量是材料的四个重要的共性问题，结合材料科学与工程的四要素、五要素模型，讨论它们之间的联系。
3,试归纳总结（对比）材料的共同效应和共性特征。举例说明位错对金属材料或陶瓷材料形变、强度或结晶等过程的影响规律。P25
4,试归纳总结陶瓷和金属材料的强韧化机制和原理。举例说明某种强韧化机制在材料研究开发中的应用。
陶瓷和金属材料中，主要的强化机制有：固溶强化、细晶强化、第二相强化;金属还有位错强化，陶瓷有相变增韧：应力诱导相变增韧，微裂纹增韧，相变诱导应力强化。例如，P30.
5,解释以下给出的Hall-Petch公式，依据教材和课堂教学等内容，归纳总结与此公式相关的问题及得到的启示。
6,如何理解“具有最佳性能的材料几乎总是具有某种不稳定结构”，试举例说明。
7,什么是材料科学与工程的四要素、五要素模型，结合已学内容提出新的模型，要求画图和文字说明。
8,什么是类比法和移植法，试举材料科学研究中的例子加以说明。P50
将某学科的原理、方法或技术用于研究分支科学或其它学科技术领域的理论、技术或方法问题。它是通过横向、纵向联想和类比等方法进行的。所以和类比、联想法有密切联系或相似。
9,论述材料设计(模拟) 研究的范围、思路与特点。
P126，P128
特点：（1）经验设计和科学设计并存与兼容；
(2)材料设计将逐渐综合化；
(3)材料设计将逐步计算机化
10,结合你的课堂演示，简要叙述其要点。
纳米材料的特性小尺寸效应,表面和界面效应,量子尺寸效应,宏观量子隧道效应
小尺寸效应：周期性的边界条件将被破坏声、光、电、磁、热、力学性能即将呈现新的小尺寸效应。
（1）特殊的光学性质事实上所有的金属在超微颗粒状态都呈现为黑色。
（2）特殊的热学性质超细微化后其熔点、烧结温度、晶化温度将显著降低。
（3）特殊的力学性质金属材料将变硬，为陶瓷材料变韧和具有超塑性的特征，
（4）特殊的磁学性质超顺磁性高矫顽力
表面与界面效应：纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随粒径的减小而急剧增加随着时间的变化自动呈现出各种形状如立方八面体、十二面体、二十面体多孪晶等。量子尺寸效应:当能级间距δ大于热能、磁能、静磁能、光子能量、或超导态的凝聚能时，必须考虑量子尺寸效应.宏观量子隧道效应：微观粒子具有贯穿势垒的能力成为隧道效应。
11,自学教材6.4节(P141-153) 内容，选择其中一个实例进行简要介绍。P148
四、任选3题，其中6~8题必选1题(30%)
1,你认为有哪些与材料相关的产品或事物可值得研究开发或改进的？并说出你的设想和思路。（目的、装置、材料、步骤）
2,谈谈创新模式、思路、理念、方法、能力或应具备的素质，并就材料科学研究或应用方面举例论述。
材料研究工作者，要“知己知彼”,走自己创新成长的道路。
思维能力,思维是智力结构的中枢,想象是智力结构的翅膀
实践能力,观察是智力结构的眼睛,实验是智力结构的转换器
综合能力,综合是智力结构的装配中心
3,论述1种材料研究基本方法，并举例说明在材料科学技术方面应用该科学研究方法而取得的几种很大的进展。（要求书本和课堂没有举的例子）。
4,论述1种材料设计或模拟的方法，并就材料科学研究或应用方面举例论述。（要求书本和课堂没有举的例子）
5,以最大提高某一性能（如力学性能）为目标，思考或设计一种理想的纳米复合材料（如金属Al基）结构，并陈述这种理想结构能够实现这一目标的理由。
6,列举“金属材料强韧化的多尺度结构设计与制备”重大项目已经取得了哪些进展，选择其中某个进展作简要介绍。
许多重要的创新性研究成果，主要包括：
1）提出能够综合改善材料强韧性能的三个关键微结构特征：a）界面具有晶体学共格关系；b）具有良好热稳定性和机械稳定性；c）结构特征尺寸在纳米量级（<100nm）。
由此发展了一种全新的材料强韧化途径——纳米尺度共格界面强韧化。
2）纳米孪晶材料出现极值强度并表现出高的加工硬化行为及良好的断裂韧性；
3）梯度纳米结构材料具有高拉伸屈服强度和优异的塑性变形能力
4）揭示了不同层错能的面心立方金属塑性变形机制由波状滑移、平面滑移向形变孪生转变的现象.
5）通过“同材结构层状化”和“颈缩延迟”两种韧化机制，分别在同种和异种层状复合材料中实现了强度与塑性及疲劳性能的提高。
6）开发设计了多尺度、多层次金属材料的制备技术与工艺，在材料微观结构表征、变形与断裂及计算模拟等方面提出了新的方法、机制与模型。
7,说明铝合金2097-T861的成分、热处理工艺、性能和用途，简要说明其发展史。美国铝业集团和洛克希德一马丁战术航空系统公司最近共同研制了一种新型铝合金,它可以通过冶金平衡法来调整材料的强度和韧性,从而减轻飞机零部件的重量。这种铝合金中包含了少量锉。虽说与原先的铝合金相比其极限强度要低一些,但由于改善了韧性,其设计强度比原先的高出数倍,使脆性得到改善。冶炼这种铝合金时,减少锉的含量可降低疲劳开裂。新的铝合金牌号为2097一T861,首次用于F一16改进型战斗机机身舱壁、大梁和加强筋。舱壁厚度约10一15cm,它用于支承方向舵和整个尾翼,是飞机下层结构的一个重要部分。由于2097的比重较小,因而同一零件的重量可减轻5%。在整架F一16飞机中,由于一些零部件采用了2097,其总重要比原先轻15%。同时,经过一系列疲劳试验证实,该新合金材料制造的零部件寿命很长,大约为旧铝合金的5倍。在军用飞机中,特别是在战斗机中,零件的疲劳强度变得越来越重要。为了追求良好的飞行质量,驾驶员需要更加频繁地操作这些零件。洛克希德一马丁公司的奥斯汀说:“战斗机往往要反复承受高达99的重力加速度的考验,因此绝不允许有任何断裂,否则将破坏飞机舱壁,从而导致灾难。
8,查阅文献，找出目前强度最高的Al-Zn-Mg-(Cu) 7000系铝合金的牌号、成分、热处理工艺、性能和用途，简要说明其发展史。
2013材料科学与研究方法复习题 一、名词解释(5题，15%) 材料、材料是指具有指定工作条件下使用要求的形态和物理状态的物质。 材料科学与工程、材料科学与工程学科以数学、力学及物理、化学等自然科学为基础，以工程学科为服务和支撑对象，是一个理工结合、多学科交叉的新兴学科，其研究领域涉及自然科学、应用科学和工程科学。 移植法、指讲某学科的原理，方法或技术等应用于研究和解决同一学科内的分支科学或其他学科和技术或方法问题，又称转域创造法。 原型启发法、对自然现象进行观察、探索受到启发来进行科学研究和创造发明的。起启发作用的事物称为原型 耗散结构、指从环境中输入能量或（和）物质，使系统转变为新型的有序状态，即这种形态依靠不断地耗散能量或（和)物质来维持。 蠕变是指金属在恒定应力作用下，随着时间的延长发生的缓慢而持续的形变( 非弹性变形). 超塑性、材料在特定的组织状态(如超细晶或复合材料) ，在一定温度和形变速率下表现出极高塑性的现象。 仿生学、指原型启发法中的原型为自然界的动植物或自然现象，从材料的观点研究生物材料的结构和功能特点，并用以设计和制造先进复合材料 材料设计、是依据积累的经验，归纳的实验规律和总结的科学原理制备预先确定目标性能材料的科学 多尺度材料模型、一般是由三个不同尺度的模型组成，即连续介质和介观层次，微观层次及原子层次材料模型。 材料设计专家系统、具有相当数量的各种背景知识，并能运用这些知识解决材料设计中有关问题的计算机程序系统 有限元法、有限元的基本思想是将结构物质看成是由有限个划分的单元组成的整体，以单元节点的位移或结点力作为基本未知量求解。 物理模型、对具有相同物理本质特征事物的抽象。在工程技术中，就是利用物理模型模拟实际系统的行为和过程的方法。 数值模拟、数值模拟是以实际系统和模型之间数学方程式的相似性为基础的
2012级《材料科学研究方法Ⅰ》复习大纲 一、 本学期各章所留作业的习题； 二、 补充思考题: 1.在UV-VIS 范围内，从原理上比较分子荧光、磷光的异同点，并比较它们的吸收现象。 电子从最低激发单线态S1回到单线态S0时，发射出光子称为荧光。 当电子从最低激发单线态S1进行间窜越到最低激发三线态T1,再从T1回到单线态S0时，发射出光子称为磷光。 2.什么是荧光淬灭？举例说明怎样利用荧光淬灭来进行化学分析？ 荧光分子与溶剂或其他溶质分子之间的相互作用，使荧光强度减弱的作用称为荧光淬灭。 3.在实际中，怎样区分荧光和磷光？ 荧光物质的荧光寿命一般为106 10~10 --s 。最长为610-s 。停止光照射荧光即熄灭；磷光波长较长，可达数秒至 数十秒，停止光照射后还会在短时间内发射。 4.比较荧光光谱法和紫外光谱法的仪器特点。 1、荧光有两个单色器，在样品池前设一激发单色器，光经激发单色器滤光后照射样品池，样品产生的荧光经过第二个单色器——发色光单色期后进入检测器； 2、为避免激发单色器的辐射光被检测，在垂直与入射光的方向测定荧光或磷光的相对强度。因此，发射单色器与激光单色器互成直角。 5.分子结构对分子荧光的影响主要主要有几个表现。环境对分子荧光的影响主要主要有几个表现。 分子结构：跃迁类型、共轭效应、取代基效应、结构刚性效应。 环境因素：溶剂效应、温度的影响、ph 的影响。 6. 苯甲醛能发生几种类型的电子跃迁？在近紫外区能出现哪几种吸收带？溶剂极性对紫外光谱有何影响 ？ 7.解释下列名词 （1）拉曼效应 在光的散射现象中的一种特殊效应，和X 射线散射的康普顿效应类似，光的频率在散射后会发生变化，频率的变化决定于散射物质的特性。 （2）拉曼位移 拉曼位移，当激发光与样品分子作用时，如果光子与分子碰撞后发生了能量交换，光子将一部分能量传递给了样品分子或从样品分子获得一部分能量，从而改变了光的频率。 （3）拉曼光谱 拉曼散射的光谱。 （拉曼散射：散射光的频率与入射光的之差ν?是相同的，都等于分子振动跃迁能，这样的散射叫做拉曼散射） （4）斯托克斯线 在拉曼散射中频率低于入射光的射线称为斯托克斯线 （5）反斯托克斯线 在拉曼散射中频率高于入射光的射线成为反斯托克斯线
新材料业2011年投资策略：产业升级材料先行 摘要： 新材料：有序发展的战略性先导产业。国务院《关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》确定“十二五”期间重点发展的七大战略性新兴产业，新材料产业被定性为“国民经济的先导产业。针对不同新材料的发展水平，《决定》部署的发展规划可以概括为：1)大力发展新型功能材料；2)积极发展结构材料；3)提升高性能纤维及其复合材料水平；4)开展共性基础材料研究。发展新材料产业，中国赢得全球竞争的必然选择。作为承载人类物质文明的基础，主导材料经历了从石器到硅器的转变，新型材料成为新时代的起点。目前发达国家均已制定发展新材料产业的政策规划，作为全球竞争的参与者，中国不能忽视新材料的重要性。另一方面中国转变经济发展模式，大力发展节能环保、新能源等战略性新兴产业离不开新材料的开发和应用。 新材料子行业的三围：“技术、市场、政策”。新材料作为创新产品，技术解决存在问题，市场解决生存问题，政策解决速度问题，因此技术相对成熟，能够实现产业化，市场空间巨大，且符合国家产业政策方向的新材料子行业更具有吸引力。我们建议重点关注新能源材料中的稀土材料、锂电池材料；节能环保材料中的节能材料、净化材料、化工新材料中的高性能纤维等。 投资策略：“选择重点子行业，优中选优”。不管是应用创新还是材料创新，在实现产业化之前都存在不确定性，合适的标的将能有效降低风险，提高收益。重点子行业中的优势公司确定性更高，投资价值更大。新材料类公司的竞争优势主要集中在技术和资源两方面，技术的独有性能够建立进入壁垒，资源的垄断性能够带来超额收益，此外具有明确政策扶持，
符合国家产业发展方向的新材料子行业的发展步伐会更快。基于以上标准，我们建议投资者重点关注：中科三环[23.25 -2.11% 股吧研报](000970.SZ)、赣锋锂业[24.601.23%股吧研报](002460.SZ)、钢研高纳[16.22 -0.80% 股吧研报](300034.SZ)、江苏国泰[13.30 0.15%股吧研报](002091.SZ)、双象股份[19.950.50%股吧研报](002395.SZ)等。 引言： 2008年的一场的金融危机诱发国人对中国传统经济发展模式的思考，旧有的以固定资产投资为主发展路径在中国已不具可持续性，以消费、创新为主导的发展模式成为经济转型必然选择，由此引出发展战略性新兴产业国家定位。国务院《关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》指出节能环保、新一代信息技术、生物、高端装备制造、新能源、新材料和新能源汽车七个产业作为重点领域将集中力量加快推进，并详细规划了节能环保等七大产业的未来发展重点。 《决定》指出到2015年，我国战略性新兴产业增加值占国内生产总值比重力争达到8%左右；到2020年，战略性新兴产业增加值占国内生产总值的比重力争达到15%。其中新材料产业作为国民经济的先导产业，在政策的支持下，将迎来高速发展时期。 1.种类繁多的新材料 1.1新材料定义 新材料是指新出现的或正在发展中的具有传统材料所不具备的优异性能和特殊功能的材料；或指在传统材料基础上通过新技术(工艺、装备)处理所获得的性能明显提高或产生了
玄关门厅的设计方法 玄关原指佛教的入道之门，现在泛指厅堂的外门，也就是居室人口的一个区域。设玄关的目的有三: 1.是为了保持主人的私密性。避免客人一进门就对整个居室一览无余，也就是在进门处用木质或玻璃作隔断，划出一块区域，在视觉上遮挡一下。 2.是为了起装饰作用。进门第一眼看到的就是玄关，这是客人从繁杂的外界进入这个家庭的最初感觉。可以说，玄关设计是设计师整体设计思想的浓缩，它在房间装饰中起到画龙点睛的作用。 3.是方便客人脱衣换鞋挂帽。最好把鞋柜、衣帽架、大衣镜等设置在玄关内、鞋柜可做成隐蔽式，衣帽架和大衣镜的造型应美观大方，和整个玄关风格协调。玄关的装饰应与整套住宅装饰风格协调，起到承上启下的作用。 首先，在装潢前要对玄关的设计及形式有所认识，从玄关与房子的关系上，玄关装潢可分为以下几种： （1）独立式：一般玄关狭长，是进门通向厅堂的必经之路。可以选择多种装潢形式进行处理。 （2）邻接式：与厅堂相连，没有较明显的独立区域。可使其形式独特，或与其他房间风格相融。 （3）包含式：玄关包含于进厅之中，稍加修饰，就会成为整个厅堂的亮点，既能起分隔作用，又能增加空间的装饰效果。 由此可见，玄关的设计应依据房型和形式的不同而定。可以是圆弧型的，也可以是直角型的，有的房型入口还可以设计成玄关关走廊。式样有木制的、玻璃的、屏风式的、镂空的等。 总的来说，由于玄关的面积一般都不大，所需费用也就不太高。因此，主人尽可以多花些工夫装饰玄关，能起到花钱不多、事半功倍的理想效果。 居室的大门入口，是开门后给人第一印象的重要场所，也是平时家人出入的必经之地，不宜把插花、盆栽、盆花、观叶植物等并陈，既阻塞通路，也容易碰伤植物。若是门厅比较阔大，可在此配置一些观叶植物，叶部要向高处发展，使之不阻碍视线和出入。摆放小巧玲珑的植物，会给人以一种明朗的感觉，如果利用壁面和门背后的柜面，放置数盆观叶植物，或利用天花板悬吊抽叶藤（黄金菖）、吊兰、羊齿类植物、鸭跖草等，也是较好的构思。 玄关设计形式要素
TEM在材料科学研究中应用的最新进展 【摘要】本文主要介绍透射电镜在材料研究中中的应用与进展，通过目前TEN 的应用的范围确定其发展趋势，主要通过在材料领域的研究分析取得成果论述TEM的进展和重要作用，通过课堂学习和资料的收集对TEM的发展和应用进行简单总结和展望。 【关键词】透射电镜；材料研究；发展方向； 引言 材料是现代文明的三大支柱之一。在材料的开发研究的过程中，科研人员有了很多突破，也遇到很多困难。开发了新材料就需要分析它的结构和性能，这就离不开材料分析测试技术。从过去的成分分析和一般的结构分析, 发展到从微观和亚微观结构这两个层次上去寻找物质的功能与物质结构之间的内在关系, 寻找物质分子间相互作用的微观反应规律，这样。的发展对于材料的结构和功能的分析非常有利。 正文 有了透射电子显微技术（TEM）我们就能分析样品内部的精细结构，更加深入的观察和分析物质的结构和性能；有了扫描电子显微技术(SEM)我们的表面分析取得了突破性进展，电子束与物质作用产生的各种信号帮助我们进行不同方面的分析：原子衬度、表面形貌，微区分析，这些信号都有各自偏重方面的优势；有了X射线光电子能谱分析(XPS)，不仅能分析成分，还能分析化学态；有了扫描隧道显微技术(STM)，可直接观察样品表面发生的物理或化学反应的动态过程及反应中院子的迁移过程……我结合课堂说所了解的知识和网上的资料对近年来的TEM在材料科学中研究应用的最新进展进行简要的汇总和展望。 透射电子显教分析方法是通过透射电子显微镜(TEM-Transmissim Eleetron Microscope)进行的。透射电镜具有最高的分辨率，如H一8O0透射电镜，分辨率可达1.4?，所以它是最微分析的重要手段之一。 TEM在材料科学研究中的6个常见用途。 (a)利用质厚衬度(又称吸收衬度)像,对样品进行一般形貌观察; 纳米材料的形貌观测 文献①用控制沉淀法制备了不同形貌的碳酸钙微粉，用SEM和TEM分别对其进行了表征，并在此基础上讨论了影响产品晶形和形貌的主要因素，以期能更好地理解碳酸钙微粉的成核与生长机理。文献②报道了利用脉冲激光
材料科学研究方法概述 一．材料的定义、特点与分类 1.定义 物质经材料合成或材料化后才成为材料，材料具有指定工作条件下使用要求的形态和物理状态的物质。 2.分类 材料按物理化学属性可分为：金属、无机非金属、高分子材料、复合材料； 按来源可分为：天然材料和人造材料； 按用途可分为：功能材料和结构材料； 按状态可分为：气态、固态和液态。 3.材料的几大效应 （1）材料的界面效应 材料的界面有晶界、相界、亚晶界、孪晶界等。材料的力学性能、物理性能及化学、电化学性能都与材料的各种界面有着非常密切的关系。材料的形变、断裂与失效过程，起源于各种界面的占了大部分，材料加工过程中的各种变化也基本上都与界面有关。界面的研究在材料科学中有着重要的地位。不同材料的界面有以下几种效应。 A.分割效应。是指一个连续体被分割成许多小区域，其尺寸大小、中断程度、分散情况等对基体力学性能及力学行为的影响； B.不连续效应。界面上引起的结构、物理、化学等性质的不连续和界面摩擦出现的现象，如电阻、介电特性、耐热性、尺寸稳定性等； C.散射和吸收效应。界面处对声波、光波、热弹性波、冲击波等各种波产生的散射和吸收，影响材料的透光性、隔热性、隔音性、耐冲击性等； D.感应效应。界面产生的感应效应，特别是应变、内部应力及由此产生的某些现象，如高的弹性、低的热膨胀性、耐热性等。 界面问题涉及界面两侧原子的对势、电子态和电子结构、界面原子键合的性质、结合能、界面两侧晶体结构和界面晶体结构的关系、界面切变模量、界面位错形核与反应、环境对界面过程的影响等多方面的问题。界面的热力学、界面偏析、界面扩散、界面化学反应等都是材料科学中的重要问题，特别是纳米材料的界面及其新的效应、复合材料的界面更是现代材料科学研究中的热点。（2）材料的表面效应 晶体表面也是材料界面的一种，只是材料的固体表面和周围介质（气体、液体）的界面。材料表面的原子、分子或离子具有未饱和键，并且由于结构的不对称而造成晶格畸变，所以材料表面都具有很高的反应活性和表面能，而且具有强烈降低其表面能，力求处于更稳定能量状态的倾向。（3）材料的复合效应 复合材料具有的复合效应主要有线性效应和非线性效应。线性效应有平均效应、平行效应、相补效应、相抵效应等；非线性效应有相乘效应、诱导效应、共振效应、系统效应等。一般结构复合材料具有线性效应，但很多功能复合材料则可利用非线性效应创造出来，最明显的是相乘效应。（4）材料的形状记忆效应 具有一定形状的固体材料，在某一低温状态下经过塑性变形后，通过加热到这种材料固有的某一临界温度以上时，材料又恢复到初始形状的现象，称为形状记忆效应。具有形状记忆效应的材料称为形状记忆材料。 （5）材料的动态效应 各类材料的失效大都是由量变到质变的动态过程。加强对失效动态过程的分析研究，才能更深刻地揭示材料的失效机理及其控制因素。 （6）材料的环境效应
浅析科学技术方法论在材料科学中的作用 摘要：科学方法论是“自然科学方法论”的简称。它既是马克思主义认识论的具体体现，又是对各门自然科学的认识方法的概括和总结。它所涉及到的观察、实验、测定、数据处理、分类、提出假说、验证假说、得出结论等步骤，正体现了材料研究方法的一般规律。所以，科学方法论是正确认识材料的重要理论依据，又是培养解决实际问题能力的基本途径和步骤。 关键词：科学技术方法论材料实验方法 所谓科学技术方法论就是关于科学技术研究中常用的一般方法的理论体系，是关于科学研究和工程技术研究一般方法的性质、特点、内在联系和变化发展的理论体系。这与研究材料性能的方法极为符合。因此，在材料研究的学习中，科学技术方法论给我们提供了研究材料科学的方法依据以及理论依据，就如前进的道路上有了一盏明灯照耀。 一、认识科学技术方法论 1、诞生条件 亚里士多德在《形而上学》一书中说：“哲学和科学的诞生有三个条件。第一是‘惊异’，是人们对自然现象和社会现象所表现出来的困惑和惊奇。有了惊异也就感受到了自己的无知，自知其无知者为了摆脱无知就追求知识，求知并非为了实用的目的，而是纯粹是一种对智慧的热爱。第二个条件是‘闲暇’。知识阶层不用为着生活而奔波劳碌，因为，整天从事繁重体力劳动没有闲暇的人，是无法从事求知这种脑力劳动的。第三个条件是‘自由’。哲学知识是自足的，它不以别的什么目的而存在。它是一门自由的学问，它要求自由地思考、自由地发表意见，不受他种目的和利益支配。”由此可见，科学技术方法论最初是因好奇而起，经过无数前辈们的无数次实验总结而来的。它涵盖了社会各个领域，它既是马克思主义认识论的具体体现，又是对各门自然科学的认识方法的概括和总结。 2、主要内容 方法论，就是人们认识世界、改造世界的一般方法，是人们用什么样的方式、方法来观察事物和处理问题。概括地说，世界观主要解决世界“是什么”的问题，方法论主要解决“怎么办”的问题。科学方法的定义是指：人们在认识和改造世界中遵循或运用的、符合科学一般原则的各种途径和手段，包括在理论研究、应用研究、开发推广等科学活动过程中采用的思路、程序、规则、技巧和模式。简单地说，科学方法就是人类在所有认识和实践活动中所运用的全部正确方法。科学方法论是关于科学的一般研究方法的理论，探索方法的一般结构，阐述它们的发展趋势和方向，以及科学研究中各种方法的相互关系问题。 科学方法论有广义狭义之分。狭义的仅指自然科学方法论即研究自然科学中的一般方法，如观察法、实验法、数学方法等。广义的则指所有正确的方法论，
电镜部分重点复习内容： 1．根据衍射分辨率的公式，并给出各参数物理意义？分别说明提高光学显微镜和透射电子显微镜的方法和途径？ 答： 衍射分辨率的公式为：α λsin 61.00n r ≈?，其中λ为入射光的波长；n 为样品与物镜之间介质的折射率；α为孔径半角。 对于具体某一光学显微镜来说：其λ不能改变，故提高其分辨率可以增大n 和α的值。 对于具体某一透射电子显微镜来说：其n 值不能改变，故提高其分辨率可以减小λ以及增大α值，不过α值的改变量很小。 2．解释景深和焦长，并说明电磁透镜景深和焦长主要受哪些因素影响? 答： 景深定义：当像平面固定时(像距不变),能维持物像清晰的范围内, 允许物平面(样品)沿透镜主轴移动的最大距离Df 。 焦长定义：固定样品的条件下（物距不变），象平面沿透镜主轴移动时仍能保持物像清晰的距离范围，用DL 表示。 景深ααr r D f ??≈=0 02tan 2，因此影响景深的因素是电磁透镜的分辨率 r ?0和孔径半角α。焦长M r D L 202α?=，因此影响焦长的因素是电磁 透镜的分辨率r ?0，放大倍数M 以及孔径半角α。
3．解释电子显微镜的像差有哪些，如何减少像差？ 包括球差、像散以及色差。 答： 减小球差可以通过减小球差系数C S和电磁透镜的孔径半角 。 消除像散的方法是可以安装消像散器。 减小色差的方法是可以通过稳定加速电压和透射电流来减弱。4．AFM的工作模式及各自优缺点？ 答： 三种操作模式 1.接触模式； 针尖与样品表面距离小（＜1nm），利用原子间的极微弱的排斥力（10e-8～10e-6N ); 可获得高解析度图像; 样品变形，针尖受损; 不适合表面软的材料. 2.非接触模式; 针尖距样品表面5nm—20nm 不损伤样品表面和针尖，可测试表面柔软样品; 分辨率低;
材料科学研究的基本方法与规律 摘要本文首先从广义和狭义上对材料研究方法进行了定义，从材料的组成和结构出发，根据不同的应用场合和不同的结构层次对材料进行层次划分。对非宏观层次的材料按信息形式分为图像分析法和非图像分析法，并对它们进行了阐述和讨论。 关键词材料结构层次，图像分析法，非图像分析法 Methods and Rules of Materials Science Research LIU Chensi Sochow University, Mechanical and Electrical Engineering ABSTRACT In this paper, materials research methods from the broad and narrow are defined at first, then according to different applications and different structural levels of materials the material composition and structure of the hierarchy divided. Forms of information into non-macro-level materials are divided into image analysis and image analysis, and they are elaborated and discussed. KEY WORDS l evel of the material structure, image analysis, non- image analysis 材料科学的主要任务是研究材料，而研究材料必须以正确的研究方法为前提。 研究方法从广义来讲，包括技术路线、实验技术、数据分析等。具体来说，就是充分了解研究对象所处的现状的基础上，根据具体目标，详细制定研究内容、工作步骤及所采用的实验手段，并将实验获得的数据进行数学分析和处理，最后得出规律或建立数学模型。其中，技术路线的制定是至关重要的，实验方法的选择也是非常关键的。譬如说，虽然制定出完整的技术路线，但若没有相应的实验方法或先进的测试手段与之对应，则难以达到预期的目的；反过来，若仅有先进的测试手段，而没有正确的技术路线，也同样难以达到预期目的。两者相辅相成，缺一不可。 从狭义上来说，研究方法就是某一种测试方法。如X射线衍射分析、电子显微技术、红外光谱分析等，包括实验数据（信息）获取和分析。因为每一种实验方法均需要一定的仪器，所以也可以说，研究方法指测试材料组成和结构的仪器方法。
《谈谈方法》 笛卡尔 【全名为《谈谈正确引导理性在各门科学上寻找真理的方法》。文章以半自传的形式，深入浅出地介绍了作者新的哲学方法及其形成过程。作者从几何学和代数学的优缺点总结出四条原则：（一）不要把任何事物看成是真的，除非对它已经认识清楚了。（二）要用逐步分析的方法系统地解决问题。（三）思考时，由简到繁。（四）要彻底复查一切，做到确实无遗漏。在四条规则中，作者指出了三种具体的方法：怀疑的方法、分析、演绎和列举推理的方法。尤其主张普遍怀疑，认为一切都可怀疑，只有怀疑者本身不可怀疑，从而得出"我思故我在"这一哲学公式。对于作者，怀疑和怀疑的克服学说是哲学的入门途径，这种学说的锋芒是直接针对当时占统治地位的经院哲学，因此被誉为西方近代哲学的宣言。】 第一段 在世界上的一切事物中，惟有健全的理性是为人人所最均等分有的。因为每一个人都认为他已经充分地有了这种天然的禀赋，所以甚至那些在任何别的事上最难感觉满意的人，独在理性方面除了他们所已有的外，通常也更不望再有多求。？在这件事上既然不像人人都会
犯错误，这便可以证明正确的判断力和分辨真伪的能力，即所称为健全的常识或理性是人类与生俱来的共有之物。这样看来，我们彼此之所以有不同的意见，并不是因为我们当中某些人比其他的人赋有更多的理性，乃是纯粹因为我们把思想引领到不同的路线，以及各人所注意的对象并不相同。仅有一个元气充健的心性是不够的，主要的条件是要能善于运用。最大的心性可能造成最高的优德，也可能造成最大的恶行；那些行走缓慢而遵循正径的人，可以比那些飞奔疾驰而背离正道的人有更真实的进步。 至于我自己，我从来没有幻想到我的心性比其他一般人更完全。相反地，我毋宁常希望我自己跟一些别的人能够同有敏捷的思想，或清晰明了的想象力，或充沛与持久的记忆力。除了这些之外，我再也想不出有任何东西可以帮助完成心性的功能。理性或常识即是造成人之所以为人，和人之所以异于禽兽的唯一事物，我便相信它是全部为人人所同有的。在这一点上，我采纳一般哲学家共同的意见，认为程度多少的差异，仅可以在偶然的意外的事上发生，但是在同一种类之内，一切(个体)的本性或(格式)（Form）却无分别之可言。 然而我可以毫无踌躇地说，我特别幸运，早在童年时代便已踏入沉思和爱好金玉良言的途径，由此而理出了一种思想方法。藉着这种思想的方法，我认为我已经有了一个在我平凡的才能和短促年寿里可以充分地逐步增进知识，以达于最高峰的工具。因为根据我经验的成果，虽然我已经有一样不是徒劳无益的，但是我却在追求真理已经获得的进步上，得到了无上的满足，而且不自禁地怀抱着一种未来的希
首钢信息化办法论研究 首钢信息化发展历程大概从到是北京地区，当时首钢重要钢铁产业在北京石景山地区，是实现了北京首钢地区钢铁产业管理信息化。第二阶段就是首钢在开始搬迁了，从-首钢钢铁产业开始向河北地区进行转移，咱们在这个阶段上了首钢迁安、秦皇岛、顺义、曹妃甸等一业四地，在搬迁过程当中首钢产品构造也得到了调节，从老式长材，向高品位板材调节，作为钢铁信息化对象来讲，长材和板材具备着完全不同特点，板材规定会更细致，更复杂，要复杂多，是这样一种阶段。 特别体当前MES，也就是生产制造执行系统当中板材产业会比长材相应系统复杂多。第三阶段是到当前结合首钢曹碑甸钢铁基地建设和咱们其她基地持续优化，咱们到当前形成这样一种阶段，大概发展是这样三个阶段。 当前首钢信息化重要成就正如这张图片所展示，在推动首钢钢铁主业信息化功能和系统功能架构图。在推动钢铁主业，首钢钢铁主业由老式管理向当代管理转变，经济增长模式由数量型向品种质量效益型，满足客户需求型转变过程中，积极适应首钢钢铁主业转移和做大做强作精需要，形成了首钢自动化、信息化一种整个管理架构和平台。上面这一排是公司资源筹划，咱们整个首钢集团强调是集中性，整个钢铁集团覆盖了三千万吨以上钢铁产能和全国各种省市，涉及河北省
为主某些地区，咱们资源筹划是集中，咱们资源业务，采购销售都相对是集中。 实体运作灵活性，由于首钢这些钢铁基地还都是独立法人，不像国外集团，实体运作灵活性。整体各某些协调性，由于在钢铁老式产业当中，专业管理划分也很清晰，各专业在信息化平台上进行协调。各实体，各专业反映高效性，尚有咱们各级决策科学性，在整个信息化平台支撑下咱们追求这几种方面性能。 下面咱们有几种体系概括出来，一种是业务流程体系，一种是咱们财务管控体系，一种是咱们产销体系。在钢铁高品位板材生产当中是按订单生产，没有订单是不能生产，因此这是产销体系。在一种是咱们物流体系，物流系统，尚有一种是咱们质监体系，质监体系和产销体系在钢铁当中是非常具备钢铁行业特点，当前钢铁高品位产业是这样，如果信息化出毛病了的确要停产，所有产线都正常也不能生产，由于你要管到每一块坯子，甚至包装出来每一包，你要生产出来也没有这个机构，也没有这个定源，也没有业务基本用人工记录，生产出来会来了一帮人，男女不懂得，政治面目也不懂得，你卖给谁去，卖派活，的确信息化非常重要，产销沟通是非常重要。 咱们质监体系，当前钢铁生产，特别是高品位板材生产对质量工作，质量设计，质量过程控制和最后质量鉴定和在线鉴定都是非常有规定。
2016级材料科学研究方法Ⅱ复习攻略 考试时间及地点：6月27日星期一13:50-15:30 第二公共教学楼A区A215材料1303-4 答疑时间：6月23日星期四 答疑地点：李伟老师科研中心B110（电子显微分析） 李先锋老师科研中心B108（X射线衍射技术） 付维贵老师科研中心B201（热分析） 题型及形式：闭卷考试；填空20分20题；判断10分10题；简答40分；名词解释6题，每题5分，共30分。 正确的打开方式：下划线部分或加粗体部分为老师上课反复强调内容、课堂测验题或课后作业题。 一、X射线技术应用 1.X射线的本质：X射线本质上是一种具有较短波长的高能电磁波，具有波粒二象性。 波动性：具有一定的频率和波长。粒子性：光子数可计。 2.X射线的产生和发现 发现：1895年11月8日伦琴在实验中发现：当克鲁克斯管接高压电源，会放射出一种穿透力极强的射线，他命名为X射线。 产生：高速运动的带电粒子撞击到任何物质时，电子的运动突然受阻失去动能，发生能量交换，从而产生X射线(产生条件：a.产生自由电子；b.使电子作定向的高速运动?c.在其运动的路径上设置一个障碍物，使电子突然减速或停止) 3.X射线的类型： ①连续X射线(多色X射线):具有连续波长X射线，构成连续X射线谱，它和可见光相似.产生机理：能量为eV的电子与阳极靶的原子碰撞时，电子失去自己的能量，其中部分以光子的形式辐射，碰撞一次产生一个能量为hv的光子，这样的光子流即为X射线。单位时间内到达阳极靶面的电子数目是极大量的，绝大多数电子要经历多次碰撞，由此产生连续X 射线谱。 ②标识X射线（特征X射线，单色X射线）：是在连续谱的基础上叠加若干条具有一定波长的谱线 产生机理：与阳极物质的原子内部结构紧密相关的。原子系统内的电子按泡利不相容原理和能量最低原理分布于各个能级。在电子轰击阳极的过程中，当某个具有足够能量的电子将阳极靶原子的内层电子击出时，于是在低能级上出现空位，系统能量升高，处于不稳定激发态。较高能级上的电子向低能级上的空位跃迁，并以光子的形式释放多余的能量辐射
材料与化工学院 2012级材料科学与工程一班 课程作业：计算机在材料科学中的应用学生姓名：张硕
学生学号：20120413310040 授课老师：陈大明 摘要 VASP是维也纳大学Hafner小组开发的进行电子结构计算和量子力学-分子动力学模拟软件包。它是目前材料模拟和计算物质科学研究中最流行的商用软件之一。（1）它在材料学中有广泛的运用，具有很高的使用价值。Vasp仍在不停开发中，有更多更有用的功能将会被人们开发，这会使人们对材料的研究更加透彻。 关键词 Vasp 电子结构计算和量子力学-分子动力学材料模拟物质科学 一．简介 VASP是维也纳大学Hafner小组开发的进行电子结构计算和量子力学-分子动力学模拟软件包。它是目前材料模拟和计算物质科学研究中最流行的商用软件之一。Vasp是基于castep（Cambridge Sequential Total Energy Package 的缩写是一个基于密度泛函方法的从头算量子力学程序）1989版开发的。 VASP通过近似求解Schr?dinger方程得到体系的电子态和能量，既可以在密度泛函理论（DFT）框架内求解Kohn-Sham方程(已实现了混合（hybrid）泛函计算)，也可以在Hartree-Fock（HF）的近似下求解Roothaan方程。此外，VASP也支持格林函数方法（GW准粒子近似，ACFDT-RPA）和微扰理论（二阶M?ller-Plesset）。 VASP使用平面波基组，电子与离子间的相互作用使用模守恒赝势（NCPP）、超软赝势（USPP）或投影扩充波（PAW）方法描述。 VASP使用高效的矩阵对角化技术求解电子基态。在迭代求解过程中采用了Broyden和Pulay密度混合方案加速自洽循环的收敛。VASP可以自动确定任意构型的对称性。利用对称性可方便地设定Monkhorst-Pack特殊点，可用于高效地计算体材料和对称团簇。Brillouin区的积分使用模糊方法或Bl?chl改进的四面体布点-积分方法，实现更快的k 点收敛。（2） vasp中的方法基于有限温度下的局域密度近似（用自由能作为变量）以及对每一MD 步骤用有效矩阵对角方案和有效混合求解瞬时电子基态。这些技术可以避免原始的方法存在的一切问题，而后者是基于电子、离子运动方程同时积分的方法。离子和电子的相互作用超缓Vinderbilt赝势(US-PP)或投影扩充波(PAW)方法描述。两种技术都可以相当程度地减少过渡金属或第一行元素的每个原子所必需的平面波数量。力与张量可以用很容易地计算，用于把原子衰减到其瞬时基态中。
计算材料学（Computational Materials Science），是材料科学与计算机科学的交叉学科，是一门正在快速发展的新兴学科，是关于材料组成、结构、性能、服役性能的计算机模拟与设计的学科，是材料科学研究里的“计算机实验”。它涉及材料、物理、计算机、数学、化学等多门学科。 计算材料学- 学科介绍 计算材料学（Computational Materials Science），是材料科学与计算机科学的交叉学科，是一门正在快速发展的新兴学科，是关于材料组成、结构、性能、服役性能的计算机模拟与设计的学科，是材料科学研究里的“计算机实验”。它涉及材料、物理、计算机、数学、化学等多门学科。计算材料学主要包括两个方面的内容：一方面是计算模拟，即从实验数据出发，通过建立数学模型及数值计算，模拟实际过程；另一方面是材料的计算机设计，即直接通过理论模型和计算，预测或设计材料结构与性能。前者使材料研究不是停留在实验结果和定性的讨论上，而是使特定材料体系的实验结果上升为一般的、定量的理论，后者则使材料的研究与开发更具方向性、前瞻性，有助于原始性创新，可以大大提高研究效率。因此，计算材料学是连接材料学理论与实验的桥梁。 计算材料学- 研究领域 材料的组成、结构、性能、服役性能是材料研究的四大要素，传统的材料研究以实验室研究为主，是一门实验科学。但是，随着对材料性能的要求不断的提高，材料学研究对象的空间尺度在不断变小，只对微米级的显微结构进行研究不能揭示材料性能的本质，纳米结构、原子像已成为材料研究的内容，对功能材料甚至要研究到电子层次。因此，材料研究越来越依赖于高端的测试技术，研究难度和成本也越来越高。另外，服役性能在材料研究中越来越受到重视，服役性能的研究就是要研究材料与服役环境的相互作用及其对材料性能的影响。随着材料应用环境的日益复杂化，材料服役性能的实验室研究也变得越来越困难。总之，仅仅依靠实验室的实验来进行材料研究已难以满足现代 新材料研究和发展的要求。然而计算机模拟技术可以根据有关的基本理论，在计算机虚拟环境下从纳观、微观、介观、宏观尺度对材料进行多层次研究，也可以模拟超高温、超高压等极端环境下的材料服役性能，模拟材料在服役条件下的性能演变规律、失效机理，进而实现材料服役性能的改善和材料设计。因此，在现代材料学领域中，计算机“实验”已成为与实验室的实验具有同样重要地位的研究 手段，而且随着计算材料学的不断发展，它的作用会越来越大。 计算材料学的发展是与计算机科学与技术的迅猛发 展密切相关的。从前，即便使用大型计算机也极为困难的一些材料计算，如材料的量子力学计算等，现在使用微机就能够完成，由此可以预见，将来计算材料学必将有更加迅速的发展。另外，随着计算材料学的不断进步与成熟，材料的计算机模拟与设计已不仅仅是材料物理以及材料 计算理论学家的热门研究课题，更将成为一般材料研究人员的一个重要研究工具。由于模型与算法的成熟，通用软件的出现，使得材料计算的广泛应用成为现实。因此，计算材料学基础知识的掌握已成为现代材料工作者必备的 技能之一。 计算材料学涉及材料的各个方面，如不同层次的结构、各种性能等等，因此，有很多相应的计算方法。在进行材料计算时，首先要根据所要计算的对象、条件、要求等因素选择适当的方法。要想做好选择，必须了解材料计算方法的分类。目前，主要有两种分类方法：一是按理论模型和方法分类，二是按材料计算的特征空间尺寸(Characterist ic space scale)分类。材料的性能在很大程度上取决于材料的微结构，材料的用途不同，决定其性能的微结构尺度会有很大的差别。例如，对结构材料来说，影响其力学性能的结构尺度在微米以上，而对于电、光、磁等功能材料来说可能要小到纳米，甚至是电子结构。因此，计算材料学的研究对象的特征空间尺度从埃到米。时间是计算材料学的另一个重要的参量。对于不同的研究对象或计算方法，材料计算的时间尺度可从10-15秒（如分子动力学方法等）到年（如对于腐蚀、蠕变、疲劳等的模拟）。对于具有不同特征空间、时间尺度的研究对象，均有相应的材料计算方法。 目前常用的计算方法包括第一原理从头计算法，分子动力学方法，蒙特卡洛方法，有限元分析等。 计算材料学是目前材料科学中发展最快的科目。随着大量的论文发表和科研材料的科学家数量的快速增加，现在已有条件检验计算材料学对材料科学的影响。可以回顾以下计算机模拟在新材料的发展上起过什么作用，或许更重要的是，总结在材料性能的基础研究方面有哪些突破应该归公与计算机模拟。 有意思的是，人们对模拟方法的期望竟产会超过实际的结果，然而这些过高的期望往往更多来自非专业认识而不是那些正在做这些工作的饿人。如果问一个从事计算材料学的人关于现在使用的方法，他回非茶馆内谨慎地回答：尽管我们的方法很可靠，但仍需要大的发展。这些方法有欠缺并不奇怪，计算材料学只有几十年的历史。因此，我们在关注它现今的地位时，必须同样关注仿镇与建模的可靠性。这门年轻的学科，已经有诸多长足的发展，涉及到许多包含多种距离尺度的现象。 也许最原始的计算材料学是计算固体的电子结构。这些计算显然已经非常成功地表述了材料的结构和性质。现在，对于许多晶体材料，预计的点阵常数和实验值仅相差百分之几。最近的弹性常数计算方法得到了与实验值非常吻合的结果，而且实行起来也比实验容易得多。多体理论的发展，使得目前已能对简单半导体禁带宽度进行预测。 但是，基于这样一些成果，电子结构计算往往表述得似乎比实验值更精确。实际上，着些计算含有很多近似，而且很容易发生误导而得到错误的结论。此外，近似法限
材料学院 00350032 材料科学与工程概论2学分32学时 Introduction to Materials Science and Engineering 随科技发展，材料科学已经成为现代科技和生活中必备的一门知识，涉及到科研和日常生活的各个方面。本课程将为所有感兴趣的大学生普及材料方面的基本知识和理论，介绍材料科学与工程学科的四个基本要素（材料的成分与组织结构、性能、工艺及使用条件下的性能）。从不同材料所具有的共性规律角度阐述以上四方面的基本知识，并着重说明他们彼此之间的本质联系及综合运用的方法。这些知识对于人们认识和使用材料是十分必要的。 00350042 环境材料学2学分32学时 Ecomaterials 环境材料是材料学科中的一个重要门类。环境材料学主要研究在材料加工和使用过程中如何减少对环境的破坏；建立定量的评价材料环境负担性的生态循环评估方法（LCA）；将环境负荷作为一个考核材料的新指标，用于指导开发具有环境意识的绿色材料和产品；把资源效率、生态平衡、环境保护、可持续发展等学科知识融入材料科学，保护自然，造福人类。通过本课程学习，理解环境材料的基本内涵，特别是材料与环境相互影响和相互制约的基本知识；了解研制和开发环境兼容性材料的基本方法及设计原则；学习如何评价材料的环境负担性的LCA方法；并对环境材料的类别和发展有所掌握。 00350052 国内外新材料的奇妙应用2学分32学时 Innovations of New Materials 材料是人类生存的物质基础，新材料技术是现代各项其他高新技术的先驱，新材料是划分时代的标志。材料科学技术，是最基础的物质科学。“天生我才必有用”！材料的科学观和方法论，是我们科学思维的重要源泉。本课程以全校理工经管各专业学生为对象，以普及材料科学的基础知识为使命，讲述材料的主要类型及其在高新技术上的应用。本课程以陶瓷材料，金属材料，高分子材料为主线，具体讲述高强度材料、半导体功能材料、智能材料、生物材料、新能源材料等，讲述材料的基本概念、分类方法、科学观点、设计思想、评价方法和关键制造技术，介绍古今中外新材料的巧妙应用，及其带来的经济社会效益。 00350062 稀土功能材料2学分32学时 Functional Rare Earth Materials 稀土具有多方面的优异性能。我国作为稀土大国，开发各种高新性能的稀土功能材料，使我国丰富的稀土资源更好地服务于国民经济。以稀土永磁、超磁致伸缩、巨磁阻、磁致冷、磁光、储氧、储氢、催化、发光、发热、超导等功能材料在汽车、计算机中的应用为例，通过讲授稀土功能材料的机理、国内外研究与应用的最新进展，展望其前景，并组织学生针对各类功能材料展开专题讨论，从而更深入地认识和掌握稀土在功能材料上的应用。 00350092 科学研究导论2学分32学时 Introduction on Scientific Research 本课程是为有志于从事科学研究的同学开设的一门研讨性课程。内容包括：现代科学研究活动的功能、方式和特点；不同领域科学家公认的具有一般性的科学研究的基本原理、准则、规范和方法；科学研究的思维过程与科学理论的发展规律；以及科学研究活动的具体内容（选题、文献调研、实验及装置的设计、实验的实施、数据处理、研究报告写作、科学学术交流等）。 00350112 航空航天材料及其应用基础2学分32学时 Aerospace Materials and Application 以材料科学的基础理论为纲讲授航空航天材料服役的环境特点，实效行为；讲授提高航空航天材料的强度韧性耐热性的原理和方法。讲授轻质高强金属，高温合金，复合材料等加工原理及其在服役期间的物理化学行为。了解航空航天材料的重要作用。 00350121 在实验中认识材料1学分32学时
计算材料学进展与趋势 计算材料学是近20年来，随着计算科学与技术的飞速发展，材料科学与物理、化学、数学、工程力学诸多学科相互交叉与渗透产生的一门新兴学科。计算材料学的内涵可以粗略概括为：根据材料科学和相关科学基本原理，通过模型化与计算实现对材料制备、加工、结构、性能和服役表现等参量或过程的定量描述，理解材料结构与性能和功能之间的关系，引导材料发现发明，缩短材料研制周期，降低材料过程成本。 根据研究对象的空间和时间尺度不同，材料计算的方法也有很大差别：研究材料的电子结构的方法有基于密度泛函理论的第一原理，常见的有计算固体材料的周期性体系的能带计算方法和孤立体系如分子簇方法，这些方法主要用于求解体系的基态电子结构和性质，近年来也发展了一些用以研究含时间的或激发态的电子结构方法。第一性原理方法由于直接基于基本的物理原理而不依赖于经验参数，因而具有很强的预测性，在未来合成材料之前先预测其可能的性质，因而对材料的设计具有很强的指导意义，近年其应用得到迅速发展，如金属中合金化效应的预测、金属间化合物中合金原子占据位置的预测、缺陷复合体的电子结构与性质的预测等，但由于其计算中考虑了电子的自由度，其运算量极大，所能研究的体系的尺度很小；在原子层次上研究材料行为常常采用原子力学或分子动力学方法，这些方法考虑原子间以一定的势函数相互作用，忽略了电子的自由度，可对更大的体系进行计算模拟，并可对静态或动态的原子机制提供了有效的途径；介观层次上对体系的模拟近年来有较快的发展，如合金中的相变微观组织演化过程可采用相场动力学或原胞自动化方法，这些方法使人们能够定量地描述不同过程中的组织变化的动力学规律，探索不同因素对微观组织形成的作用；宏观层次上的计算模拟常常采用有限元和有限差分方法，这些方法已经被广泛用语解决材料工程的实际问题，可为实际工艺的设计提供定量化的指导。对于不同的过程其发生的时间尺度也是迥然不同的，相应需要采用不同的模拟方法。对于许多材料的性质，常常由几个层次的结构来决定，因而近年来将不同方法结合起来的多尺度方法受到广泛的重视。关于近年来材料模拟的全面发展和具体研究方法可参考文献（YIP S(editor). Handbook of Materials ,New York: Springer,2005）。计算材料学的最终目标是实现新材料设计和材料制备与加工相关工艺的优化。 进展 美国 在关键材料集成设计基础研究方面，美国21世纪初启动了著名的“材料加速熟化”计划，组织了数十家产学研机构，选定喷气发动机用高温金属材料和飞机用先进复合材料两大目标，针对共性基础问题和难点问题，开展计算模拟与实验验证密切结合的集成设计与研制，其总目标是加速材料熟化，使新材料从启动研究到工程应用的周期缩短1/2，总成本降低1/3。该计划列出了需重点研究的材料集成设计相关基础问题，如1跨尺度计算模拟的关联方法；2金属—金属界面结构与物理性质及环境影响；3复杂合金体系中微观组织演化动力学4多晶体塑性与应力状态的动力学描述。 美国西北大学G.B.Olson等人采用多层次计算模拟方法，发展了由纳米晶粒计算直至结构性能预测的自下而上耦合程序，先后设计出性能优异的航天飞机轴承用耐热碳钢和新型高强度飞机起落架（OLSON G https://www.doczj.com/doc/0d18635849.html,putational design of