《材料智能設(shè)計(jì)與制造導(dǎo)論》 課件 第2節(jié) 材料數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)高效獲取

第2節(jié)材料數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)高效獲取材料智能設(shè)計(jì)與制造導(dǎo)論IntroductiontoIntelligentMaterialsDesign&Manufacturing建議學(xué)時(shí)：4個(gè)學(xué)時(shí)（部分內(nèi)容對應(yīng)教材第1章和第4章）內(nèi)容回顧：2數(shù)據(jù)+驅(qū)動的材料智能設(shè)計(jì)——基本思路主要內(nèi)容32.1材料數(shù)據(jù)種類有哪些？2.2高通量計(jì)算、實(shí)驗(yàn)與表征簡介。2.3材料數(shù)據(jù)庫（materialsproject）。2.4數(shù)據(jù)庫操縱演示與實(shí)踐。2.1材料數(shù)據(jù)種類有哪些？4樣品信息：成分、物理參量、加工工藝等。源數(shù)據(jù)：性能測試數(shù)據(jù)、微觀結(jié)構(gòu)圖片等。衍生數(shù)據(jù)：從源數(shù)據(jù)提取的數(shù)據(jù)如相含量。樣品信息：基本信息5樣品制備過程工藝參數(shù)樣品成分6材料的晶體結(jié)構(gòu)等樣品信息：物理參量晶格常數(shù)鍵長鍵角元素電負(fù)性元素價(jià)電子原子半徑離子半徑等源數(shù)據(jù)及衍生數(shù)據(jù)7微觀組織結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變曲線屈服強(qiáng)度延伸率抗拉強(qiáng)度彈性模量衍生數(shù)據(jù)析出相含量析出相分布晶粒尺寸等數(shù)據(jù)來源于哪里？8已發(fā)表文獻(xiàn)材料數(shù)據(jù)庫計(jì)算模擬所得實(shí)驗(yàn)研究所得思考：每種來源各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？高通量計(jì)算9超級計(jì)算機(jī)高通量計(jì)算的基本思路多任務(wù)平行計(jì)算：更快高通量計(jì)算10第一性原理計(jì)算the

abinitio

calculation，基本思想是將多原子構(gòu)成的實(shí)際體系理解成為只有電子和原子核組成的多粒子系統(tǒng)，運(yùn)用量子力學(xué)等最基本的物理原理最大限度的對問題進(jìn)行”非經(jīng)驗(yàn)”處理。奧地利人ErwinSchrodinger1887-1961創(chuàng)立量子力學(xué)高通量計(jì)算11第一性原理計(jì)算性質(zhì)結(jié)構(gòu)性質(zhì)：晶格常數(shù)、原子坐標(biāo)、鍵長鍵角電子性質(zhì)：電荷密度分布、電子態(tài)密度、能帶結(jié)構(gòu)光學(xué)性質(zhì)：介電函數(shù)、折射率、消光系數(shù)、反射率、吸收系數(shù)、能量損失函數(shù)力學(xué)性質(zhì)：彈性常數(shù)、彈性模量（體積模量、切變模量、楊氏模量）磁學(xué)性質(zhì)：磁性（無磁、鐵磁、反鐵磁、亞鐵磁）高通量計(jì)算12固體由大量原子組成，每個(gè)原子又可分為核外電子和原子核，由大量電子和原子核之間的相互作用所構(gòu)成的體系哈密頓量非常復(fù)雜，給薛定諤方程的求解帶來了困難Khon-Sham方程波恩-奧本海默近似高通量計(jì)算13高通量計(jì)算篩選材料優(yōu)點(diǎn)：比實(shí)驗(yàn)更加高效、快速迅速產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)缺點(diǎn)：計(jì)算0K，常壓性質(zhì)與實(shí)驗(yàn)對比有偏差高通量制備與表征14傳統(tǒng)制備：電弧熔煉高通量制備方法：3D打印合金的制備方法，示例高通量制備與表征15合金的制備方法，示例擴(kuò)散多元結(jié)蜂巢陣列高通量制備與表征16同步輻射裝置高通量表征通?；诟咄恐苽涓咄坑?jì)算和制備能否更加高效？17高通量計(jì)算機(jī)器學(xué)習(xí)高通量制備機(jī)器學(xué)習(xí)材料設(shè)計(jì)更有針對性基于遺傳算法的晶體結(jié)構(gòu)優(yōu)化算法材料數(shù)據(jù)庫18TheMaterialsProject材料數(shù)據(jù)庫的操縱能否從數(shù)據(jù)庫直接提取數(shù)