先进金属结构材料因其优异的结构性能，被广泛应用于航空、航天、航海等领域。提高先进金属结构材料的研发效率、降低成本，对先进制造、国防工业等的发展具有举足轻重的作用。材料基因工程技术旨在融合高通量计算、高通量实验、数据库与大数据技术，建立材料成分-组织-结构-性能之间的定量关系，发展基于”理性设计”的智能化研发模式，缩短研发周期、降低研发成本。近十年，在政府支持下材料基因工程技术获得了快速发展，通过变革新材料的研发模式，成功加速了多种先进金属结构材料材料的开发。本书以先进金属结构材料为对象，介绍了材料的传统研发模式、材料基因工程的发展必要性和基本要素，以及其在几类具体材料中的关键应用。
更多科学出版社服务，请扫码获取。
国家重点研发计划项目极端服役条件用轻质耐高温部件高通量评价与优化设计，编号2021YFB3700009，首席科学家
目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 金属材料简介 1
1.1.1 金属材料的发展历程 1
1.1.2 航空航天金属材料 2
1.2 金属材料的研发 5
1.2.1 基于经验的材料研发 6
1.2.2 基于理论计算的材料研发 7
1.2.3 基于数据驱动的高通量材料研发 8
参考文献 9
第2章 材料基因工程关键技术 11
2.1 高通量计算模拟技术 11
2.1.1 电子结构计算 12
2.1.2 原子尺度材料设计与模拟方法的发展 13
2.1.3 分子尺度材料设计与模拟方法的发展 16
2.1.4 多尺度高通量的材料设计 20
2.2 高通量实验 23
2.2.1 高通量实验的发展历程 24
2.2.2 高通量实验流程 24
2.2.3 高通量制备 26
2.2.4 高通量表征 27
2.3 材料数据库与大数据技术 32
2.3.1 材料数据库概述 32
2.3.2 大数据技术 36
参考文献 44
第3章 金属材料的高通量计算模拟 47
3.1 第一性原理计算 47
3.1.1 多体薛定谔方程 47
3.1.2 从头计算方法 48
3.1.3 密度泛函理论基础 50
3.1.4 科恩-沈方程求解 53
3.1.5 第一性原理在金属材料中的应用 57
3.2 金属材料的介观尺度模拟与设计 66
3.2.1 介观结构的相场模拟与设计 66
3.2.2 介观结构的有限元模拟与设计 85
参考文献 106
第4章 金属材料的高通量制备 109
4.1 高通量制备实验的设计 109
4.2 薄膜和块体样本的高通量制备 110
4.2.1 薄膜沉积工艺 110
4.2.2 块体样本 115
4.3 增材制造技术 122
4.3.1 电子束增材制造技术 123
4.3.2 激光增材制造技术 127
4.3.3 增材制造技术在高通量制备和表征上面临的问题 132
4.4 其他高通量制备方法 132
4.4.1 纳米尖端熔化法 132
4.4.2 微流体控制法 133
4.4.3 高通量工艺法 135
4.5 金属材料高通量制备的发展现状 135
4.5.1 磁控溅射共沉积法的应用 136
4.5.2 掩模法的应用 138
4.5.3 喷印法的应用 140
4.5.4 扩散多元节的应用 140
4.5.5 蜂窝阵列的应用 142
4.5.6 增材制造技术的应用 143
参考文献 157
第5章 金属材料的高通量表征 166
5.1 高通量表征方法及原理 166
5.1.1 同步辐射光源 167
5.1.2 散裂中子源 170
5.1.3 基于原位实验的高通量表征原理 175
5.2 高通量表征在材料领域的应用 183
5.2.1 同步辐射光源的应用 184
5.2.2 散裂中子源的应用 199
5.2.3 原位电子显微镜的应用 203
参考文献 211
第6章 机器学习在金属材料中的应用 217
6.1 机器学习方法简介 217
6.1.1 监督学习 218
6.1.2 无监督学习 220
6.1.3 性能评估 221
6.2 金属材料的性能预测与成分设计 223
6.2.1 成分与性能的定量预测 223
6.2.2 成分的高效设计 231
6.3 金属材料的结构预测与工艺优化 237
6.3.1 结构的高效预测 237
6.3.2 工艺的高效优化 242
6.4 金属材料微观结构的预测与重构 244
6.4.1 基于深度学习的材料微观结构表征与性能预测 244
6.4.2 基于深度学习的材料微观结构重构与生成 249
6.5 金属材料的服役寿命评估 252
6.5.1 基于传统经验及理论的服役寿命评估 253
6.5.2 基于机器学习的服役寿命评估 258
参考文献 279
书单推荐
