本书在材料基因组高通量实验技术理念下，聚焦材料制备与表征两大核心内容，在制备技术方面，基于材料形态学特征建立分类框架，分别阐述块体、薄膜和粉体材料的高通量制备原理与方法；在表征技术方面，基于电磁、光热、力学和化学等表征方法，分别阐述了组分、性能和结构的高通量表征技术原理与方法。全书共8章，第1章为绪论，第2～4章分别详述材料高通量制备技术，第5～7章为材料高通量表征技术，第8章专题介绍了人工智能技术与高通量实验的融合技术，包括机器学习在高通量实验中的应用、生成式大模型在材料研发中的赋能作用、人工智能机器人自主材料科学实验室技术进展等前沿方向。
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1. 强关联电子体系的局域电子结构和反常输运行为与相变研究，上海市自然科学二等奖，2006年，排名第1
目录
丛书序
序一
序二
前言
第1章 绪论 1
1.1 概述 1
1.2 材料高通量实验技术的发展 2
1.3 材料高通量实验方法的分类 4
1.3.1 材料高通量制备方法的分类 5
1.3.2 材料高通量表征技术的分类 6
1.4 材料高通量实验中的人工智能与数据技术 8
参考文献 12
第2章 块体材料的高通量制备技术 17
2.1 概述 17
2.2 扩散偶技术制备连续梯度成分块体材料 18
2.3 晶体生长法制备连续梯度成分块体材料 29
2.3.1 丘克拉斯基晶体生长法 29
2.3.2 布里奇曼晶体生长法 32
2.3.3 区熔晶体生长法 35
2.4 沉降原子法制备连续梯度成分块体材料 38
2.5 多坩埚熔炼技术制备分立成分块体材料 40
2.6 微波烧结高通量块体材料的制备 45
2.7 增材制造高通量块体材料的制备 48
参考文献 53
第3章 薄膜材料的高通量制备技术 56
3.1 概述 56
3.2 薄膜生长技术的原理及分类 56
3.2.1 蒸发镀膜技术 57
3.2.2 溅射镀膜技术 58
3.2.3 脉冲激光沉积技术 61
3.2.4 分子束外延技术 63
3.3 共沉积法制备高通量薄膜材料样品库 65
3.3.1 共沉积薄膜的一般方法 65
3.3.2 脉冲激光共沉积制备连续梯度成分薄膜材料样品库 67
3.3.3 组合脉冲激光共沉积制备连续梯度成分薄膜材料样品库 70
3.3.4 磁控溅射共沉淀制备连续梯度成分薄膜材料样品库 75
3.3.5 多羽流脉冲激光共沉淀制备连续梯度成分薄膜材料样品库 76
3.4 连续掩模法制备高通量薄膜材料样品库 78
3.4.1 连续掩模的一般方法 78
3.4.2 连续掩模脉冲激光制备连续梯度成分薄膜材料样品库 82
3.4.3 连续掩模激光分子束外延制备连续梯度成分薄膜材料样品库 84
3.4.4 连续掩模磁控溅射制备连续梯度成分薄膜材料样品库 87
3.5 分立掩模法制备高通量薄膜材料样品库 91
3.5.1 分立掩模的一般方法 91
3.5.2 分立掩模磁控溅射制备分立成分薄膜材料样品库 96
3.5.3 组合掩模磁控溅射制备分立成分薄膜材料样品库 97
参考文献 100
第4章 粉体材料的高通量制备技术 102
4.1 概述 102
4.2 粉体材料高通量制备的一般原理与方法 102
4.3 共沉淀法粉体材料高通量制备技术 104
4.3.1 共沉淀法的一般原理 104
4.3.2 共沉淀法制备乙烯氧化脱氢反应氧化物粉体催化材料样品库 105
4.3.3 共沉淀法制备五元合金催化材料样品库及高效筛选 106
4.4 水热法粉体材料高通量制备技术 108
4.4.1 水热法的一般原理 108
4.4.2 水热法合成高通量微纳粉体催化材料样品库 109
4.4.3 超临界水热法高通量连续合成氧化物粉体材料样品库 112
4.5 喷墨打印法粉体材料高通量制备技术 114
4.5.1 喷墨打印法的一般原理 114
4.5.2 喷墨打印制备高通量金属氧化物介孔催化材料样品库 115
4.5.3 基于金属盐为前驱体的喷墨打印高通量金属氧化物光催化材料样品库 118
4.6 微流控法粉体材料高通量制备技术 120
4.6.1 微流控法的一般原理 120
4.6.2 基于微阵列技术的普鲁士蓝类金属有机骨架化合物的高通量合成 121
4.6.3 基于微阵列技术的纳米金属与复合氧化物颗粒材料的高通量合成 124
4.6.4 基于微阵列技术的微单晶颗粒材料的高通量合成 125
4.7 组合电化学粉体材料高通量制备技术 129
4.7.1 组合电化学法的一般原理 129
4.7.2 组合电化学沉积法合成金属氧化物光催化材料样品库 129
4.7.3 组合电化学沉积法制备多孔氧化铝阵列样品库 130
4.8 溶胶-凝胶法粉体材料高通量制备技术 132
4.8.1 溶胶-凝胶法的一般原理 132
4.8.2 溶胶-凝胶法并行合成高通量光催化材料样品库 132
4.8.3 溶胶-凝胶法并行合成高通量微纳粉体荧光材料样品库 134
4.9 溶液燃烧法粉体材料高通量制备技术 138
4.9.1 溶液燃烧法的一般原理 138
4.9.2 溶液燃烧并行合成高通量荧光材料样品库 138
4.9.3 电场辅助燃烧合成高通量陶瓷粉体材料样品库 140
参考文献 141
第5章 材料组分与性能的高通量表征技术 145
5.1 概述 145
5.2 材料高通量电学表征技术 146
5.2.1 材料高通量电学表征技术简介 146
5.2.2 探针式微桥高通量快速电输运表征 149
5.2.3 导电型原子力显微镜高通量材料表征 151
5.3 材料高通量磁学表征技术 156
5.3.1 材料高通量磁学表征技术简介 156
5.3.2 超导量子干涉磁力显微镜高通量磁性能表征 157
5.3.3 基于场扫描铁磁共振谱的高通量磁性能表征 158
5.3.4 基于磁光克尔技术的高通量磁性能表征 160
5.4 材料高通量力学表征技术 161
5.4.1 材料高通量力学表征技术简介 161
5.4.2 基于纳米压痕技术的材料应变性能高通量表征 162
5.4.3 高通量拉伸实验表征及材料小概率断裂行为的统计预测 166
5.5 材料高通量热学表征技术 170
5.5.1 材料高通量热学表征技术简介 170
5.5.2 组合微纳扫描量热技术 171
5.5.3 时域热反射表征技术 175
5.5.4 扫描热显微镜技术 178
5.5.5 红外热成像并行表征技术 181
5.6 材料高通量光学表征技术 184
5.6.1 材料高通量光学表征技术简介 184
5.6.2 光学成像表征技术 185
5.6.3 荧光表征技术 186
5.6.4 催化材料的荧光并行表征技术 188
5.7 材料高通量表征中的化学方法 194
5.7.1 多通道电化学反应池平行表征技术 194
5.7.2 串行质谱表征技术 196
5.7.3 扫描电化学显微镜技术 201
5.7.4 扫描液滴电池技术 202
参考文献 203
第6章 高通量X射线衍射表征技术 210
6.1 概述 210
6.2 样品台高通量技术 212
6.2.1 机械臂自动换样系统 212
6.2.2 高通量透射模式样品台 212
6.2.3 高通量反射模式样品台 214
6.2.4 带气氛保护装置的高通量样品台 215
6.2.5 高通量样品台的应用实例 217
6.3 实验室X射线光源高通量技术 221
6.3.1 液态金属靶 221
6.3.2 金刚石复合靶 225
6.3.3 X射线光源高通量技术的应用实例 227
6.4 X射线聚焦光学器件 230
6.4.1 G？bel镜 231
6.4.2 Kirkpatrick-Baez镜 232
6.4.3 Montel镜 232
6.4.4 毛细管聚焦光学器件 233
6.4.5 聚焦光学器件的应用实例 234
6.5 探测器高通量技术 236
6.5.1 成像板探测器 236
6.5.2 CCD探测器 237
6.5.3 混合光子计数探测器 239
6.5.4 高通量探测器的发展 241
6.5.5 高通量探测器的应用实例 242
6.6 白光高通量技术 243
6.6.1 单色衍射技术 243
6.6.2 白光劳厄衍射技术 244
6.6.3 白光衍射技术的应用实例 244
6.7 X射线荧光高通量成分表征技术 246
6.7.1 X射线荧光高通量成分表征简介 246
6.7.2 X射线荧光高通量成分表征的应用实例 247
参考文献 247
第7章 材料电子显微镜高通量表征技术 249
7.1 概述 249
7.2 扫描电镜高通量表征 249
7.2.1 扫描电镜的基本原理 249
7.2.2 扫描电镜的试样制备方法 251
7.2.3 高通量扫描电镜技术—多束扫描电镜 251
7.2.4 多束扫描电镜技术在材料高通量表征中的应用 255
7.3 透射电镜电子衍射高通量表征 257
7.3.1 透射电镜电子衍射的基本原理 257
7.3.2 透射电镜的试样制备方法 258
7.3.3 透射电镜高通量表征技术 258
7.4 透射电镜洛伦兹成像材料高通量表征 261
7.4.1 透射电镜洛伦兹成像原理 261
7.4.2 透射电镜洛伦兹成像在材料高通量表征中的应用 262
7.5 透射电镜电子全息术材料高通量表征 265
7.5.1 透射电镜电子全息术的基本原理 265
7.5.2 透射电镜电子全息术在材料高通量表征中的应用 266
7.6 能量色散X射线谱分析材料高通量表征 273
7.6.1 能量色散X射线谱仪的基本原理 273
7.6.2 能量色散X射线谱仪在材料高通量表征中的应用 274
7.7 扫描透射电子显微术材料高通量表征 278
7.7.1 扫描透射电子显微术的基本原理 278
7.7.2 扫描透射电子显微术在材料高通量表征中的应用 280
7.8 电子能量损失谱高通量表征 282
7.8.1 电子能量损失谱简介 282
7.8.2 电子能量损失谱在材料高通量表征中的应用 283
7.9 电子探针微区分析材料高通量成分表征 286
参考文献 288
第8章 材料高通量实验中的人工智能方法 292
8.1 概述 292
8.2 材料高通量实验中的机器学习方法 294
8.2.1 机器学习方法简介 294
8.2.2 材料高通量实验中的常用机器学习方法 298
8.2.3 材料高通量实验中的深度学习方法 306
8.3 大模型在材料高通量实验中的应用 316
8.3.1 大模型的一般概念 316
8.3.2 常用的大模型在材料高通量实验中的应用 318
8.4 材料AI机器人智能化自主高通量实验技术 324
8.4.1 材料智能化自主实验技术概述 324
8.4.2 材料智能化自主实验技术的若干应用实例 326
参考文献 337
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