锂离子电池聚阴离子型硅酸盐正极材料的研究进展

综述了硅酸盐正极材料的设计、特性、制备及电化学性能,介绍了基于密度泛函理论的量子化学计算在锂离子电池材料设计中的方法和理论,认为进一步开展Li2MSiO4及其复合材料的理论和实验研究可以获得性能优异的高容量正极材料.     

用遗传算法计算设计多薄层雷达吸波材料的程序实现技术

本研究探索一种集成式多薄层吸波材料的优化设计系统的方法及程序实现技术.该设计系统采用传输线理论和跟踪计算方法来计算多层吸波材料的反射率,以遗传算法作为优化引擎.利用开放源代码数据库服务器软件MYSQL实现了材料电磁参数数据库.在开放源代码软件平台下,创建了多薄层RAMs计算设计和性能预报智能系统.对几种典型的实际材料,进行了多代遗传、进化等优化计算,给出了比较理想的优化设计结果,并对优化结果和材料智能预报系统功能进行了技术评价.     

材料设计的发展新趋势——材料设计计算方法

计算机计算技术和量子理论等领域的发展,使材料住处数据系统,热力学方法,分了疲乏量子理论乃至神经网络方法,拓扑几何都应用于材料设计中,采用计算方法进行材料设计上具人经验、高效及预测功能的特点,该方法将成为材料设计发展的重新趋势。     

有机电致发光材料的能隙计算

有机电致发光材料具有可进行分子结构设计而改变其溶解性及光电性能等特点,以此为功能层、将电能转换为光能的有机电致发光二极管更是具备轻薄、高效、自发光、低能耗以及低成本可实现柔性器件等潜在优势。因此,研究合成高性能的有机电致发光材料并应用于制备可实用化的显示器及照明产品成了业界研究的热点。文中综述了以能带理论为基础,对有机电致发光材料进行结构设计改进发光性能时对将合成的材料的能隙计算的理论模型与计算方法及其应用进展,可望为聚合物发光材料的合成设计提供理论支持。     

高效光催化材料的设计与制备

光催化技术是解决能源短缺和环境污染问题的最有效解决途径之一,近期引起了世界各国科学家们的广泛关注。然而,目前光催化材料较低的转化效率,严重制约了光催化技术的进一步发展和实际应用。因此,设计和制备新型高效光催化材料具有重要意义。我们基于材料晶体结构设计,并结合材料微结构调控和制备技术,从拓展光催化材料的光吸收范围和提高光生载流子分离效率两个制约光催化效率的最主要问题入手,提出了一些新型高效光催化材料的设计理论和制备方法。主要围绕表面等离子体光催化材料、红外光催化材料、极性光催化材料等几种新型光催化材料,对材料设计理论、制备方法、结构与性能之间的关系及光催化微观机理几个方面进行了详细讨论。     

基于TiO_2/SiO_2材料的短波通滤光片的设计与制备

根据短波通滤光片的设计原理,采用二氧化钛和二氧化硅作为高折射率材料和低折射率材料,从理论上计算出用这两种材料设计的短波通滤光片所需要的周期数及主膜系,并用膜系设计软件对该膜系进行优化。依照改进的设计,采用电子束蒸发的方法制备出符合要求的短波通滤光片,并找到最佳制备工艺和方法。UV-3100分光光度计测量结果表明,在波长380-670nm处,平均透射率T90%;在波长690-800nm处截止,平均透射率T1%,镀制膜层的透射率曲线与理论曲线符合技术要求。     

微叠层结构材料的研究现状

本文论述了微叠层材料性能优越于单体材料的原因 :该材料的层间距较小 ,限制了位错的移动和缺陷的尺寸。微叠层材料制备方法有多种 ,磁控溅射是制备纳米级微叠层材料的有效方法。Hall Petch理论 ,Orowan变形理论 ,多微粒模型等是计算层间应力的较好的理论。本文也提出了目前有发展前途的几种微叠层材料 ,并认为制备纳米级微叠层材料、研究其断裂和脱层机理、增韧机理是该材料领域的重要研究方向     

热力学计算与动力学模拟在材料设计中的应用探索

介绍了材料设计的研究现状,利用热力学计算与动力学模拟方法预测了不同制备条件下复合材料、梯度材料及聚合物太阳能电池的组织演化。结合材料设计理念,提出通过改变混合体系的成分、淬火条件等,从制备过程中组织结构演化控制材料的形态获得所需性能材料的材料设计思路。     

中空纤维透析膜的模拟传质实验与理论模型分析

根据质量守恒定律和双膜理论建立了一个中空纤维透析膜理论传质模型,使用中小分子代表物质对三种常用膜材料进行模拟实验测试,并使用该传质模型计算总传质系数和纤维膜的扩散系数,分析纤维膜传质性能与纤维膜材料/结构特性之间的相互关系,为中空纤维膜制备过程中的材料选择、结构优化设计等提出了参考性建议.     

微叠层结构材料的研究现状

本文论述了微叠层材料性能优越于单体材料的原因，该材料的层间距较小，限制了位错的移动和缺陷的尺寸，微叠层材料制备方法有多种，磁控溅射是制备纳米级微叠层材料的有效方法，Hall-Petch理论，Orowan变形理论，多微粒模型等计算层间应力的较好的理论。本文也提出了目前有发展前途的几种微叠层材料，并认为制备纳米级微叠层材料，研究其断裂和脱层机理，增韧机理是该材料领域的重要研究方向。     

二元合金相图进展及基于第一性原理新方法

材料设计已成为各国争相发展的技术之一,作为材料制备的索骥图,相图及其热力学参数的计算方法受到了越来越多的重视.概述了相图及热力学研究的进展,对比分析了经典的热力学计算方法和前沿研究,并着重分析了目前流行的第一性原理计算和CALPHAD方法相结合的计算进展,提出并验证了基于第一性原理的带温度参数的热力学数据计算方法,展望了此类方法对预测材料物性和冶金设计优化的前景.     

模造光学玻璃非球面镜片短波通滤光膜的镀制

论述了短波通滤光膜的设计原理和计算方法,根据等效折射率和周期性对称膜系的理论,结合短波通滤光膜的技术要求,采用二氧化钛和二氧化硅作为高折射率材料和低折射率材料,计算出短波通滤光膜所需要的周期数和截止带宽度.用膜系设计软件对滤光膜系进行了优化,最终确定了满足实际制备条件的滤光膜周期数和每层膜厚,设计的短波通滤光膜光谱曲线达到了透射率的要求.依照设计结果,采用电子束蒸发的方法,在模造光学玻璃非球面镜片上镀制出符合技术要求的短波通滤光膜.滤光膜经过各种耐环境实验后,各项性能指标满足应用要求.     

亚稳相图研究及其在特种陶瓷涂层中的应用进展

相图,又称相平衡图,是"材料设计的索骥图",而涂层的制备过程中(如物理气相沉积,Physical Vapor Deposition,简称PVD),系统一般远离平衡态,获得的相为亚稳相,相图计算CALPHAD(CALculation of PHAse Diagrams)方法的应用遇到了挑战。本文概述了模拟涂层材料亚稳相图的研究历程,重点介绍了近期建立的临界表面扩散亚稳相图模型,即通过耦合CALPHAD、第一性原理计算和高通量磁控溅射镀膜实验的方法对涂层材料的亚稳相进行表面扩散模拟,相关计算仅需要一个高通量镀膜实验作为基础数据,获得的亚稳相图也得到了实验验证。由此,可以建立相关材料体系的稳定和亚稳相图数据库,通过组分–制备工艺–组织结构和性能的关系,指导陶瓷涂层材料的设计,助推研发时间和成本"双减半"目标的实现。     

双曲正切函数型弹性体材料的缓冲包装设计

采用以弹性体材料的力学数据进行缓冲馐设计的方法，对双曲正切函数型弹性体材料的缓冲包装设计进行了详细的理论推导，得出了计算缓冲垫结构尺寸关系式。     

三次函数型弹性体材料的缓冲包装设计

介绍采用以弹性体材料的力学数据进行缓冲包装设计的方法，对三次函数型弹性体材料的缓冲包装设计进行了详细的理论推导，得出计算缓冲垫结构尺寸的关系式。     

多尺度晶体材料的原位表征技术与计算模拟研究进展

大尺寸晶体材料是半导体、激光、通讯等领域的基础原料,大尺寸、高品质晶体材料的制备已成为制约相关行业发展的瓶颈。我国面临的“卡脖子”技术中大多与关键基础材料相关。大尺寸晶体材料制备理论与技术是我国新材料产业高质量发展的一个重要方面,也是提升相应高技术产业的基础,突破大尺寸晶体材料的制备理论和技术是获得高品质大尺寸晶体材料的关键。探究并准确理解大尺寸晶体生长机理需要借助原位表征技术和多尺度计算模拟方法。单一的原位表征和模拟技术只能探究特定时间和空间范围内的结晶信息,为了准确反映结晶过程需要综合应用多种方法。本文综述了最新的多尺度晶体生长研究的原位表征方法、多尺度计算模拟技术以及机器学习方法,为发展结晶理论和控制晶体品质提供重要的实验和理论依据,并将为提升大尺寸晶体生长工艺的开发而服务。     

材料不平衡凝聚非线性行为的研究及数值模拟

材料设计是指通过理论与计算预报新材料的组分、结构与性能。对材料不平衡凝聚非线性行为的研究发展过程、应用前景进行了评述。介绍了非线性行为在材料设计中的理论意义，分析了几种数值计算方法的优缺点。提出了材料研究微观模拟的发展方向。     

材料热力学性质的第一原理晶格振动计算研究

对计算固体物质晶格振动、研究材料的热力学性质的方法做了简要的探讨.以氧化锆为例,介绍了第一原理线性响应理论计算声子谱和声子态密度的方法,推导出热容、自由能、德拜温度等相关的热力学性质随温度的变化,并计算了氧化锆相变温度.结果表明通过这种方法元需任何实验数据完全从原子、电子层次出发进行材料热力学设计,为设计和研究全新材料体系提供了一个新的途径.     

基于柔性压克力基底的远红外与激光兼容光子晶体薄膜的制备

目前光子晶体薄膜主要镀制在硬性基底上,但是要将其应用到军事装备上,就必须在柔性材料上镀制光子晶体.采用薄膜光学理论中的特征矩阵法计算了所设计的光子晶体薄膜的反射光谱.利用镀膜法在柔性材料压克力上制备了光子晶体薄膜,同时进行了光谱曲线的测试.测试结果表明,在柔性基底上制备的光子晶体可以实现远红外与10.6μm激光兼容.     

纳米BaTiO3的钾掺发最佳含量的理论计算

本文介绍了一个晶体结构和制备方法与最佳掺杂含量关系的理论表达式，对纳米BaTiO3的钾掺杂最佳含量作出理论计算，定量计算的结果与实验数据相符合。该理论也适用于其他电子薄膜材料的最佳掺杂含量问题。