关键钢铁材料的智慧研发路线

从面向2035的新材料强国战略出发,针对现代交通、能源、海洋工程以及重大装备等领域,对其急需的关键钢铁材料在品种、规格、性能、质量、服役安全与寿命等方面均提出了明确的发展目标、应攻克的技术瓶颈和"卡脖子"问题.为适应未来先进钢铁材料的发展,应在钢铁材料知识与理论框架下,充分发挥集成计算材料工程及材料信息学的优势,创建新材料的智慧研发路线,实现中国先进钢铁材料的研发从跟随模仿跨越到基于人工智能创新引领的新高地.     

七大战略性新兴产业

新能源新能源发展将突出清洁能源和可再生能源，包括水电、核电、风力发电、太阳能发电、沼气发电，以及地热利用、煤的洁净利用等。《新兴能源产业发展规划》正在制定中。 新材料新材料对中国成为世界制造强国至关重要。目前，“中国制造”总体水平处在国际产业链低端。所以，中国提出下一步要加快微电子和光电子材料和器件、新型功能材料、高性能结构材料、纳米技术和材料等领域的科技攻关。     

材料基因工程及其在海洋工程用钢中的应用

近年来,随着我国海洋资源开发不断走向深水,海洋工程装备对材料的性能要求不断提高,设计和开发高性能钢铁材料已经成为海洋工程材料的主要发展趋势之一。应用传统的“试错法”开发新材料虽然能避开物理机制不明的制约,但研发周期长、成本高、效率低。“材料基因组”思想应运而生,材料的设计逐渐由“炒菜式”向理性设计改变。而材料基因工程以“研发周期缩短一半、研发成本降低一半”为目标,为新材料的研发提供了新的方向。文中在对材料基因工程的基础理论与方法、关键技术、发展现状等方面总结分析的基础上,提出了海洋工程用钢材料基因化的设计思路。短期来看可以缩短研发周期同时降低成本,长期来看还可以实现海洋工程用钢的按需设计,充实钢铁材料数据库,为后续的材料计算与开发提供依据。      

单原子电催化析氢催化剂的研究进展

随着全球能源短缺和环境污染问题的不断加剧，具有热值高和环境友好等优点的氢能源已成为最具发展潜力的能源之一。作为一种绿色、可持续的制氢方法，电催化析氢反应（HER）受到了广泛关注。当前，无论是HER的基础研究，还是应用研究，催化剂始终是核心问题。单原子催化剂（Single Atom Catalysts, SACs）由于其最大的原子利用效率以及独特的结构和性能，在HER过程中表现出优异的催化活性及稳定性。本文首先对近年来用于HER的SACs的合成方法进行了综述，包括热解、沉积、液相合成和刻蚀等制备方法；其次，对各种用于探索SACs与HER的结构—催化关系的物理化学性能表征及密度泛函计算方法进行了总结。最后，对用于HER的SACs存在的不足进行了分析总结，以期为设计和制备廉价有效地用于HER的SACs提供有价值的理论借鉴，提高其实际应用价值。      

新材料技术发展浅析

新材料是指那些新发展或通过新技术、新工艺改进的具有优异性能和特定功能的材料。在此定义范围内的新材料可主要概括为：电子信息、超导材料，生物功能材料，能源材料和生态环境材料，高性能陶瓷及新型工程塑料，粉体、纳米、微孔材料和高纯金属高纯材料，表面技术与涂层和薄膜材料，复合材料，智能材料，新型结构功能助剂材料，优异性能的新型结构材料等。     

粉末冶金技术在新能源材料中的应用

新能源的开发和利用是解决人类能源问题的唯一办法,新能源材料是发展和利用新能源的关键所在.粉末冶金作为一门先进的新材料制备与合成技术,在新能源材料的发展过程中起到了关键性的作用.本文详细介绍了粉末冶金技术在核能材料、风能材料、太阳能材料、锂离子电池材料、储氢材料、燃料电池材料中的应用.     

高性能海洋用钢智慧研发之二——钢铁材料基因与显微组织数字化表征

材料基因的识别及显微结构的数字化表征在科技创新、工业制造以及国家安全建设等方面的作用尤为重要。基因结构数据的高质量提取不但关系到重大工程的服役安全,也关系到材料智慧设计及产品终端质量与成本。如何高质量、高效率地提取和分析材料大数据已成为当前制约新材料智慧研发的关键。综合分析数字化时代下材料研发的特点及今后发展方向,针对材料基因库的构建提出了可视化及数字化表征的方法,建立了材料微观基因结构与宏观力学性能的数字化关联。     

双重随机多目标优化模型在区域能源规划中的应用研究

传统能源储备的急剧减少,能源生产、消费过程中导致的大量污染,一直是困扰人类发展的难题。能源供应系统本身固有的复杂性和组成要素的不确定性,严重影响能源规划方案的可行性、合理性和实用性。文章创新性地开发了一个双重随机多目标优化模型。其中,规划目标包括能源供应成本和污染物排放量的最小化,系统的不确定性参数表征为双重随机变量。该模型用于区域能源规划方案的设计和制定,计算结果表明,模型可为能源供应模式的设计、环境污染控制提供很好的决策依据。     

贵金属材料基因工程数据库建设策略

贵金属，尤其是其中的铂族金属因极度稀缺、价格昂贵，又具有难以替代的物理化学性能，被称为“第一高技术金属”和“工业维他命”，是国防军工高精尖领域不可替代、高新技术领域不可或缺的重要原材料。新材料研发主要采用传统的“试错法”依靠经验累积，存在贵金属消耗大、价格太高而“用不起”，应用性能要求太高、研发周期长而“效率低”两难问题。数据驱动的材料基因工程研究方法通过“大数据+人工智能”技术预测材料性能和设计新材料，再通过实验验证和开发新材料，可大幅缩短研发周期、降低研发成本，为有效解决贵金属新材料研发的两难问题提供了新思路。     

铝镁合金压铸用高性能稀土模具新材料 RE528的开发

本文从铝镁合金压铸用模具材料的性能要求入手,分析了常规模具材料的问题与不足,并以4Cr5W2VSi钢为基础,通过加入稀土元素和优化成分设计,成功研发一种具备优异冶金质量和组织性能、高附加值的稀土RE528热作模具新材料,其性能大大优于一般模具材料,具有良好应用前景。     

锂离子二交电池LiMn2O4正极材料的研究进展

锂离子二次电池锂锰氧化物正极材料因其价格低廉、性能优良而成为研究的热点。本文综述了近年来锂离子二次电池LiMn2O4正极材料的研究进展，并对该材料的结构、性能、合成方法以及存在的问题进行了重点阐述。LiMn2O4材料具有尖晶石结构，目前制备主要固相烧结和液相合成方法。通过加入过量的锂和引和杂原子及采用工艺可改善其循环性能。     

超晶格稀土储氢合金材料的研究进展

稀土储氢合金作为一种能源储存和转换材料已经广泛应用于节能与新能源产业。本文主要介绍了具有高储氢容量特性的超晶格La-Mg-Ni系、La-Y-Ni系稀土储氢合金材料的研究进展，比较了二个系列储氢材料在结构、性能和制备方面的异同，提出了今后研发方向的建议。     

坡度功能材料的研究动向

介绍了一种新材料—坡度功能材料的国内外最新发展,并对这种材料的设计思想、性能评估、合成方法及其在国民经济中的广泛应用和发展趋势作了详细的评述。     

蒽醌类有机电极材料在新型二次电池中的应用研究进展

蒽醌类有机材料是一类具有理论比容量大、氧化还原活性高、电化学可逆性强、结构可设计等优点的低成本、高能量密度的电极活性材料,其在储能方面表现出巨大的潜力。然而,蒽醌小分子在常用的有机电解液中易于溶解,以蒽醌为电极活性材料的二次电池存在容量易衰减、电池寿命短、电池循环可逆性低、倍率性能较差等问题。随着研究手段的进步,可以通过分子设计对其电化学性能进行调节,蒽醌类有机材料作为具有广阔应用前景的电极活性材料被广泛研究。旨在总结近年来蒽醌类有机电极材料在二次电池方面的研究进展,分析了几类典型的蒽醌类小分子化合物、聚合物以及化合物(聚合物)-复合材料的合成方法及其电化学性能,并对部分电化学反应过程机制进行分析。最后对蒽醌类有机电极材料目前面临的问题和未来的发展方向进行了总结和展望,提出可通过引入活性基团、掺杂含碳材料、优化合成路线等方法,将实验与理论计算相结合,设计出综合性能更加优异的蒽醌类有机电极材料。     

高熵稀土盐类热障/环境障陶瓷涂层体系研究进展

高熵陶瓷是近年来新型陶瓷研究领域的一大热点，在航空工业领域有着巨大的发展和应用前景。基于高熵策略设计的高熵氧化物陶瓷涂层可以较好地解决当前热障/环境障涂层在高温下服役寿命、抗氧化性、抗CMAS(钙镁铝硅氧化物)腐蚀等关键性能不足的问题。综述了近几年不同体系的五元高熵稀土盐类材料在热障/环境障涂层领域作为候补材料的研究进展，总结了该类材料在结构、性能及主要应用领域方面的特点。最后展望了高熵稀土盐类陶瓷涂层的发展方向，为新材料体系的进一步研发和关键性能优化提供思路。     

粉末冶金法制备通孔泡沫铝

通孔多孔金属材料具有良好的性能，被广泛用于各个领域。文章采用粉末烧结法制备了铝多孔泡沫金属材料，并对材料制备过程的工艺参数及材料的孔结构进行了初步的研究。     

基于集成学习及多源数据适配的液态金属材料计算软件平台

液态金属材料在热控与能源、增材制造、生物医疗、柔性智能机器等领域有着特殊的优势。但是,新型液态金属材料的设计却一直是工业界的巨大挑战。这是由于液态金属是长程无序、无晶体、无晶粒的非晶态合金,基于第一性原理或有限元分析的传统材料计算方法难以适用,液态金属材料的设计只能靠无限重复的人工制备实验来进行,设计效率低下。同时又由于液态金属材料的这种非晶态合金特性,使得其材料性能主要取决于材料组份构成,而不是材料的工艺加工过程。因此,本工作设计研发了一种数据驱动的集成学习软件平台,用于代替液态金属材料设计的人工制备实验。首先,该软件平台在材料制备实验室和材料检验实验室部署了一种物联中间件和多源异构数据适配器,其能够自动的将制备实验室和检验室的材料实验与检验数据采集到云服务端,并结构化的存储于材料知识图谱中。而后,基于采集到的材料知识图谱数据,我们设计了一种液态金属集成计算神经网络,能够学习液态金属材料的组份与特定性能之间的关联模式。最后,软件平台提供了RESTful计算接口,能够在平台上自行调整液态金属材料的组份,预测该材料对应的性能。该软件平台目前已部署于我们的合作企业,实际对比实验结果表明,该...     

锂离子二次电池LiMn2O4正极材料的研究进展

锂离子二次电池锂锰氧化物正极材料因其价格低廉、性能优良而成为研究的热点.本文综述了近年来锂离子二次电池LiMn2O4正极材料的研究进展,并对该材料的结构、性能、合成方法以及存在的问题进行了重点阐述.LiMn2O4材料具有尖晶石结构,目前制备主要用固相烧结和液相合成方法.通过加入过量的锂和引入杂原子及采用新工艺可改善其循环性能.     

摩擦纳米发电机在收集蓝色能源上的应用与研究

近年来,随着人们对海洋资源的开发和研究,为了减少碳排放和保护我们的环境,可再生能源收集技术将在不久的将来成为关键的解决方案。其中,摩擦电纳米发电机是利用接触电气化现象的最有前途的机械能收集器之一,其具有可利用的机械能资源丰富、材料可得性和可选性广、器件结构相对简单、加工成本低等诸多优势,正迅猛发展。在过去的十年中,世界各地研究人员在这一领域的研究取得了巨大进展。本文综述了近年来运用在摩擦纳米发电机上的各种新型摩擦电材料,介绍了摩擦电材料的选取规则,并总结了对摩擦电材料进行物理表面修饰、化学表面修饰和其他相关改性方式,最后归纳了用于收集蓝色能源的摩擦纳米发电机装置的仿生结构的设计研究进展,并对未来的应用和发展方向进行了展望。     

多孔材料透过性能的表征

透过性能对用于过滤分离、流体混合、布气分流等方面的多孔材料是一项十分关键的质量指标。主要介绍了多孔材料透过性能的表征方式，包括流体流动的基本概念、层流条件下流体的透过性能表征、多孔材料透过性能的综合表征、气体透过多孔材料时渗透系数的具体表征等方面。