計(jì)算機(jī)在材料中的應(yīng)用課件

計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)中的應(yīng)用

緒論教學(xué)內(nèi)容：課程的性質(zhì)與任務(wù)，主要內(nèi)容及研究方法，本課程的特點(diǎn)與學(xué)習(xí)方法，材料科學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史。教學(xué)要求：

1.了解本課程的主要內(nèi)容及研究方法，材料科學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史。

2.了解材料科學(xué)、計(jì)算機(jī)以及材料科學(xué)與計(jì)算機(jī)之間的關(guān)系。3.了解計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)中應(yīng)用的幾個(gè)方面。1、計(jì)算機(jī)有關(guān)概念這是什么？？？？？曙光4000A超級(jí)計(jì)算機(jī)－國(guó)家智能計(jì)算機(jī)研發(fā)中心。

這就是我們所熟悉的計(jì)算機(jī)，精美的圖片有助于吸引大家的注意力。那么，各位同學(xué)平時(shí)使用它們主要來(lái)做什么呢？可能的回答結(jié)果是：聊天、游戲以及簡(jiǎn)單文本處理等。計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史邏輯元件時(shí)間存儲(chǔ)設(shè)備軟件用途第一代電子管1946-1958（主）磁鼓、磁芯，（外）磁帶機(jī)器語(yǔ)言科學(xué)計(jì)算第二代晶體管1958-1964（主）磁芯，（外）開(kāi)始使用磁盤(pán)高級(jí)語(yǔ)言及編譯程序數(shù)據(jù)處理，工業(yè)控制第三代中、小規(guī)模集成電路1964-1971（主）磁芯（外）磁盤(pán)會(huì)話式的高級(jí)語(yǔ)言發(fā)展企事業(yè)管理與工業(yè)控制第四代大規(guī)模集成電路1971-至今（主）磁芯（外）磁盤(pán)會(huì)話式的高級(jí)語(yǔ)言工業(yè)、商業(yè)及家庭1946年，為彈道設(shè)計(jì)需要由美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)研制出世界上第一臺(tái)計(jì)算機(jī)，稱為電子數(shù)字積分器與計(jì)算器。(electronicnumericalintegratorandcalculator－ENIAC)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)與ENIAC的對(duì)比占地面積m2重量，ton耗電，kw造價(jià)×104US￥PC10.0150.50.1ENIA算機(jī)軟件技術(shù)的發(fā)展軟件是計(jì)算機(jī)的靈魂。從功能上講，計(jì)算機(jī)軟件大致可分為基礎(chǔ)軟件和應(yīng)用軟件。基礎(chǔ)軟件：操作系統(tǒng)、編程語(yǔ)言；應(yīng)用軟件：數(shù)據(jù)庫(kù)、人工智能、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、數(shù)據(jù)壓縮等。（1）操作系統(tǒng)發(fā)展：早期為命令方式，如今為圖形方式。界面越來(lái)越友好，操作越來(lái)越方便。（2）編程語(yǔ)言發(fā)展：最初為機(jī)器語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言、算法語(yǔ)言，如今為程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，功能越來(lái)越強(qiáng)大。（3）數(shù)據(jù)庫(kù)：它是計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)與應(yīng)用系統(tǒng)的核心技術(shù)和重要基礎(chǔ)。歷經(jīng)三代：第一代：網(wǎng)狀、層次數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)；第二代：關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)；

第三代：面向?qū)ο竽Ｐ蜑橹饕卣鞯臄?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。（4）人工智能（AI）的發(fā)展：誕生于1956年。

20世紀(jì)70年代前后，人工智能飛速發(fā)展，借助計(jì)算機(jī)啟發(fā)式編程方法建立過(guò)程模型，同時(shí)建造了專家系統(tǒng)。

80年代中期，人工智能發(fā)展進(jìn)入困境，人工智能方法僅限于模擬人類(lèi)智能活動(dòng)中使用成功的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)所能處理的簡(jiǎn)單問(wèn)題。

90年代，所謂的符號(hào)主義、連接主義和行為主義3種方法并存，再加上人工智能系統(tǒng)引入交互機(jī)制，系統(tǒng)的智能水平得到提高。目前的發(fā)展現(xiàn)狀：智能水平很高，但離人們期望的發(fā)展水平還相差很遠(yuǎn)。（5）計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展：產(chǎn)生于20世紀(jì)50年代，但發(fā)展慢，應(yīng)用僅局限于某些專門(mén)領(lǐng)域。如今發(fā)展飛速，已在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和繪圖、辦公自動(dòng)化、電子出版、地理性息系統(tǒng)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

材料是人類(lèi)社會(huì)進(jìn)步的里程碑石器時(shí)代青銅時(shí)代鐵器時(shí)代石頭、棉花陶瓷、青銅鋼、鐵18世紀(jì)19世紀(jì)20世紀(jì)蒸汽機(jī)電動(dòng)機(jī)高分子材料

復(fù)合材料

陶瓷金屬材料樹(shù)脂、尼龍復(fù)合材料、陶瓷一百萬(wàn)年前約8500年前13-14世紀(jì)人類(lèi)對(duì)微觀世界的操縱－原子操縱術(shù)量子?xùn)艡诘膾呙杷淼里@微鏡（STM）圖像材料、能源和信息稱為當(dāng)代文明的三大支柱。作為當(dāng)代文明的三大支柱之一，可見(jiàn)其在當(dāng)今社會(huì)中所占據(jù)的重要位置。既然如此重要，那么什么是材料？（材料是人類(lèi)用于制造物品、器件、構(gòu)件、機(jī)器或其他產(chǎn)品的那些物質(zhì)。）材料科學(xué)：以材料的組成、結(jié)構(gòu)、性能、制備工藝和使用性能以及它們之間相互關(guān)系為研究對(duì)象的一門(mén)科學(xué)。這也是材料研究者的共同使命。因此，材料科學(xué)的四個(gè)要素包括：成分、組織、性能、合成/制備。Synthesis

&Processingcomposition,crystalgrowth,thermaltreatment,etc.Structuremicro-,nano-,molecular,crystalPropertieselectronicmechanicaloptical,etc.Composition

材料的分類(lèi)：組成與結(jié)構(gòu)——金屬材料、無(wú)機(jī)非金屬材料、有機(jī)高分子材料和復(fù)合材料等；性能和作用——結(jié)構(gòu)材料和功能材料；用途——建筑材料、能源材料、電子材料、耐火材料、醫(yī)用材料等。下面簡(jiǎn)單介紹一些新材料：（1）超導(dǎo)材料超導(dǎo)材料是20世紀(jì)人類(lèi)最偉大的發(fā)現(xiàn)之一。超導(dǎo)體具有零電阻和完全抗磁性的特性，對(duì)電流傳輸無(wú)能量損耗，是一種理想的導(dǎo)電材料。超導(dǎo)材料包括低溫超導(dǎo)材料和高溫超導(dǎo)材料。奇特的物理、化學(xué)和力學(xué)性能。第三階段：納米組裝體系、人工組裝合成的納米結(jié)構(gòu)體系。（3）生物醫(yī)用材料生物醫(yī)用材料簡(jiǎn)稱生物材料，是指以醫(yī)療為目的，用于診斷、治療、修復(fù)或替換人體組織器官或增進(jìn)其功能的材料。組成：高分子、金屬、陶瓷、天然材料、復(fù)合材料。第一代：20世紀(jì)60-80年代，基于工業(yè)化的材料與生物相容性，開(kāi)發(fā)出第一代生物醫(yī)用材料。比如：骨釘、骨板、人工血管等。第二代：20世紀(jì)80-90年代，生物材料研究的重點(diǎn)逐漸由生物惰性轉(zhuǎn)向生物活性，開(kāi)發(fā)了第二代生物醫(yī)用材料?；钚圆牧夏軌蛟谏?xiàng)l件下發(fā)生可控的反應(yīng)，并作用于人體。使活性材料植入位置和宿主組織不再存在明顯的界面區(qū)分。第三代：20世紀(jì)90年代至今，能在分子水平上刺激細(xì)胞產(chǎn)生特殊應(yīng)答反應(yīng)，從而開(kāi)發(fā)出第三代生物醫(yī)用材料。（4）能源材料能源材料包括儲(chǔ)能材料、節(jié)能材料、能量轉(zhuǎn)換材料和核能材料。

①相變儲(chǔ)熱材料利用通過(guò)控制相變可逆的吸放熱過(guò)程達(dá)到儲(chǔ)熱的目的材料。②高效節(jié)能電熱膜材料

用熱傳導(dǎo)式加熱技術(shù)，電熱轉(zhuǎn)換效率達(dá)到95%，且加熱速度快。主要有半導(dǎo)體膜、有機(jī)和無(wú)機(jī)復(fù)合電熱膜。③吸附材料基礎(chǔ)氫材料通過(guò)吸附效應(yīng)產(chǎn)生能量轉(zhuǎn)換，或通過(guò)儲(chǔ)氫材料的吸、放氫過(guò)程實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。④燃料電池材料利用燃料電池進(jìn)行的電化學(xué)過(guò)程，達(dá)到高的能量轉(zhuǎn)換效率，比如氫能發(fā)電。(2)材料科學(xué)研究中的計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算機(jī)模擬的概念：根據(jù)實(shí)際體系在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，通過(guò)將模擬結(jié)果與實(shí)際體系的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，可以檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臏?zhǔn)確性，也可以檢驗(yàn)由模型導(dǎo)出的解析理論所作的簡(jiǎn)化近似是否成功。優(yōu)點(diǎn)：在某些情況下，計(jì)算機(jī)模擬可以部分地代替實(shí)驗(yàn)。計(jì)算機(jī)模擬對(duì)于理論的發(fā)展也有重要的意義。(3)材料工藝過(guò)程的優(yōu)化及自動(dòng)控制材料加工技術(shù)的發(fā)展主要表現(xiàn)為控制技術(shù)的飛速發(fā)展。微型計(jì)算機(jī)和可編程控制器在材料加工過(guò)程中的應(yīng)用正體現(xiàn)了這種發(fā)展趨勢(shì)。計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)相結(jié)合，使工藝設(shè)備、檢測(cè)手段的準(zhǔn)確性和精確度都大大提高。計(jì)算機(jī)在材料加工中的應(yīng)用不僅可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，而且可以改善產(chǎn)品質(zhì)量和精度，提高產(chǎn)量。

(4)計(jì)算機(jī)用于數(shù)據(jù)和圖像處理材料科學(xué)研究在實(shí)