第六届无机材料专题材料基因组工程研究进展研讨会日程安排.doc

会议日程时 间地 点内 容4月19日8:3012:00图书馆讲堂主持人：吴以成(中国科学院理化技术研究所) 8:309:00开幕式；颁发第9届中国硅酸盐学会硅酸盐学报优秀论文奖特邀报告： 9:009:30 【A-1】关于加速材料设计的思考(叶恒强，中国科学院金属研究所) 9:3010:00 【A-2】支持新材料研发的集成化信息平台(崔俊芝，中国科学院数学与系统科学院)全体代表合影(30分钟)主持人：王海舟(中国钢研科技集团公司)特邀报告： 10:3011:00 【A-3】高通量计算与先进量子材料预测(方忠，中国科学院物理研究所) 11:0011:30 【A-4】唯象理论模型在材料计算和设计中的应用(周国治，北京科技大学) 11:3012:00 【A-5】高通量计算用于锂离子电池材料筛选和研究(李泓，中国科学院物理研究所)4月19日13:3018:00图书馆讲堂主持人：南策文(清华大学)特邀报告： 13:3014:00 【A-6】材料基因组框架下计算与数据的集成(杨小渝，中国科学院计算机网络信息中心) 14:0014:30 【A-7】“材料基因组”数据库及集成计算方法探讨(鲁晓刚，上海大学) 14:3015:00 【A-8】材料基因组工程的材料数据库设计及其深度应用性开发(尹海清，北京科技大学) 15:0015:30 【A-9】上海大学材料基因组工程汇报(罗宏杰，上海大学)会间休息(10分钟)主持人：李晓光(中国科学技术大学)，赵海雷(北京科技大学) 特邀报告： 15:4016:10 【A-10】基于经典理论对钢中第二相沉淀析出行为进行理论计算-计算方法与实际应用(雍岐龙，钢铁研究总院)学术报告： 16:1016:25 【B-1】非线性光学材料的“基因”识别和分子工程学设计(林哲帅，中国科学院理化技术研究所) 16:2516:40 【B-2】钛铝金属间化合物的多尺度计算研究(徐东生，中国科学院金属研究所) 16:4016:55 【B-3】自然生物精细形态分级结构功能材料的基元(张荻，上海交通大学) 16:5517:10 【B-4】组合材料研究中的并行合成和高通量表征平台(高琛，中国科学技术大学) 17:1017:25 【B-5】材料基因组思想实践若干无机材料组合快速优选实例(刘茜，中国科学院上海硅酸盐研究所) 17:2517:40 【B-6】Theoretical View on the Design of High-performance Thermoelectric Materials(陈立东，中国科学院上海硅酸盐研究所) 17:4017:55 【B-7】材料基因组工程在新型玻璃体系研究中的应用(蒋建中，浙江大学)4月19日19:3021:00乐乎新楼2楼乐群厅主持人：陈立泉(中国科学院物理研究所)，罗宏杰(上海大学)学术沙龙： 材料基因组咨询项目介绍：陈立泉(中国科学院物理研究所)，南策文(清华大学) Journal of the Chinese Ceramic Society硅酸盐学报(英文版)创办情况(南策文，清华大学)展讲：【C-1】阶层多孔氧化硅块体材料的制备(于欢，浙江大学)【C-2】溶胶-凝胶伴随相分离制备多孔钙铝石块体(蔡晓波，浙江大学)【C-3】CeO2掺量对钙钛锆石玻璃陶瓷体的晶化和抗浸出性能的影响(孟成，浙江大学)【C-4】多孔二氧化钛块体材料的制备及表征(朱文均，浙江大学)【C-5】有机改性硅酸锂防腐蚀涂层(蒋乐，浙江大学)4月20日8:3012:00图书馆讲堂主持人：解晶莹(上海空间电源研究所)，陈湘明 (浙江大学)特邀报告： 8:309:00 【A-11】材料改性与工艺优化高通量原位统计表征技术应用初探(王海舟，中国钢研科技集团有限公司) 9:009:30 【A-12】组合材料微观力学性能高通量快速表征和测试 (向勇，电子科技大学) 9:3010:00 【A-13】高性能结构材料的高通量计算和表征一体化设计技术(刘立斌，中南大学)10:0010:30 【A-14】航空材料工业对材料基因组技术的需求和盼望(益小苏，北京航空材料研究院)会间休息(10分钟)主持人：朱建国(四川大学)，欧阳楚英(江西师范大学)学术报告： 10:4010:55 【B-8】激光晶体材料的结构设计与理论计算(苏良碧，中国科学院上海硅酸盐研究所) 10:5511:10 【B-9】信息功能陶瓷材料的高通量研究(刘志甫，中国科学院上海硅酸盐研究所) 11:1011:25 【B-10】不同材料体系锂离子电池热失控毒物谱研究(孙杰，解放军防化学院) 11:2511:40 【B-11】Adaptive genetic algorithm method and Mg-silicates at multi-Tpa(吴顺情，厦门大学) 11:4011:55 【B-12】First principle calculation for mixed conducting electrode materials(赵海雷，北京科技大学)4月20日13:3018:00乐乎新楼学海厅主持人：施思齐(上海大学) 13:3013:45 【B-13】二维碳化物MXene储锂性能的第一性原理研究(周爱国，河南理工大学)13:4514:00 【B-14】热障涂层热力耦合及其失效问题的有限元计算方法研究进展(王亮，中国科学院上海硅酸盐研究所)14:0014:15 【B-15】碳材料微结构对锂硫电池性能的影响(赵宏滨，上海大学理学院)14:1514:30 【B-16】经验模型及其在耐火材料可控制备的运用 (王杰曾，瑞泰科技股份有限公司)主持人：汪洪(中国建筑材料科学研究总院) 14:3016:10 【D-1】专题讲座1：高通量组合方法实用案例(1)高通量技术在无机材料和固体催化剂开发中的应用王尤崎，亚申科技研发中心(上海)会间休息(10分钟) 16:2018:00 【D-2】专题讲座2：高通量组合方法实用案例(2)High Productivity Combinatorial(HPC) for thin-film material, device, integration R&D(Dipankar Pramanik，Intermolecular)第六届无机材料专题材料基因组工程研究进展研讨会论文摘要目次A 特邀报告A-1 关于加速材料设计的思考叶恒强(8)A-2 支持新材料研发的集成化信息平台谷建华，崔俊芝(8)A-3 高通量计算与先进量子材料预测方忠(8)A-4 唯象理论模型在材料计算和设计中的应用周国治(8)A-5 高通量计算用于锂离子电池材料筛选和研究凌仕刚，高健，褚赓，黄杰，肖睿娟，李泓，陈立泉(9)A-6 材料基因组框架下计算与数据的集成杨小渝(9)A-7 “材料基因组”数据库及集成计算方法探讨鲁晓刚(9)A-8 材料基因组工程的材料数据库设计及其深度应用性开发尹海清，张瑞杰，刘国权，曲选辉，谢建新(10)A-9 上海大学材料基因组工程汇报罗宏杰(10)A-10 基于经典理论对钢中第二相沉淀析出行为进行理论计算-计算方法与实际应用雍岐龙，孙新军，李昭东(10)A-11 材料改性与工艺优化高通量原位统计表征技术应用初探王海舟(10)A-12 组合材料微观力学性能高通量快速表征和测试向 勇(11)A-13 高性能结构材料的高通量计算和表征一体化设计技术刘立斌，江亮，赵继成，杜勇，金展鹏(11)A-14 航空材料工业对材料基因组技术的需求和盼望益小苏(11)B 学术报告B-1 非线性光学材料的“基因”识别和分子工程学设计林哲帅(12)B-2 钛铝金属间化合物的多尺度计算研究徐东生，王皞，滕春禹，于德军，李玉娟，柏春光，武鹤楠，杨锐(12)B-3 自然生物精细形态分级结构功能材料的基元张荻，范同祥，顾佳俊，张旺(12)B-4 组合材料研究中的并行合成和高通量表征平台高琛等(12)B-5 材料基因组思想实践若干无机材料组合快速优选实例刘茜(13)B-6 Theoretical View on the Design of High-performance Thermoelectric MaterialsLidong Chen, Wenqing Zhang and Xun Shi(13)B-7 材料基因组工程在新型玻璃体系研究中的应用蒋建中(13)B-8 激光晶体材料的结构设计与理论计算苏良碧，张倩，马凤凯，姜大朋，徐军(14)B-9 信息功能陶瓷材料的高通量研究刘志甫，李永祥(14)B-10 不同材料体系锂离子电池热失控毒物谱研究孙杰，李吉刚，周添，唐娜，党胜男(14)B-11 Adaptive genetic algorithm method and Mg-silicates at multi-Tpa吴顺情等(15)B-12 First principle calculation for mixed conducting electrode materials赵海雷等(15)B-13 二维碳化物MXene储锂性能的第一性原理研究周爱国，孙丹丹，胡前库，李正阳(16)B-14 热障涂层热力耦合及其失效问题的有限元计算方法研究进展王亮，杨加胜，钟兴华，陶顺衍，王铀，孙晓光(16)B-15 碳材料微结构对锂硫电池性能的影响赵宏滨，彭振桓，方文英，胡辰吉，徐甲强，方建慧(17)B-16 经验模型及其在耐火材料可控制备的运用王杰曾(17)C 展讲C-1 阶层多孔氧化硅块体材料的制备于欢(17)C-2 溶胶-凝胶伴随相分离制备多孔钙铝石块体蔡晓波，宋杰，杨辉，郭兴忠(18)C-3 CeO2掺量对钙钛锆石玻璃陶瓷体的晶化和抗浸出性能的影响孟成(18)C-4 多孔二氧化钛块体材料的制备及表征朱文均，杨辉，龙剑文，郭兴忠(18)C-5 有机改性硅酸锂防腐蚀涂层蒋乐(18)D 专题讲座D-1 高通量组合方法实用案例(1)高通量技术在无机材料和固体催化剂开发中的应用王尤崎(19)D-2 高通量组合方法实用案例(2)High Productivity Combinatorial(HPC)for thin-film material, device, integration R&DDipankar Pramanik(19)A-1关于加速材料设计的思考叶恒强(中国科学院金属研究所，)1. 最初的解读与“伙伴”或“独立”；2. 对三个平台的诉求；3. 介绍原子尺度的结构预测与直接观察结合的进展；4. 从美方新举措领悟到；5. 几点建议。A-2支持新材料研发的集成化信息平台谷建华，崔俊芝(西北工业大学) (中国科学院数学与系统科学研究院，)计算材料科学是材料科学与工程领域最活跃的前沿方向之一。为了给从事材料科学研究和新材料研发的科技人员提供一个集成化、网络化的，集计算资源、数据资源、信息资源共享的信息化研发平台，支持跨组织、跨领域和跨地区的新材料团队的协同研发，培养高层次的材料研发人才，我们以多家合作方式研发了一个初具规模的“支持新材料研发的集成化信息平台”，并进行了材料学科资源共享、优势互补的试验性运行服务。该平台采用云计算模式构建，集成了来自不同组织、不同地域的计算材料科学软件、数据库资源，试验检测设备以及材料科学信息资源，并提供了计算服务，数据服务，实验检测和材料科学信息服务。利用该平台开展了面向航空航天的新材料研发服务，完成“面向飞行器设计的材料建模与多学科优化”等七个典型应用示范，取得了很好效果。以此平台为基础，正在进行材料物性多尺度预测和结构行为分析的软件研发，该软件集宏观连续模型、分子动力学、量子力学及其关联模型于一体，目标是进行材料及其结构物理和力学性能的多尺度模拟。A-3高通量计算与先进量子材料预测方忠(中国科学院物理研究所，)先简单介绍高通量计算方面的一些进展，特别是基于第一性原理计算方法的材料计算方面。然后，着重于讨论先进量子材料方面，并举例说明计算预测在该领域的作用。A-4唯象理论模型在材料计算和设计中的应用周国治(北京科技大学，上海大学)材料的性能取决材料的成分和结构。这性能(包括性质)和成分的关系不但引导人们对材料成分的选择还用来指导材料制备的过程，因而它是材料设计不可或缺的重要信息。第一原理的计算尽管物理图像清晰，物理意义明确，但离实际体系的应用，尤其是对多组元体系的应用尚有一段很长的距离。因此，当前物理化学性质和相图的计算，主要还是用经验模型的方法。本文指出这些传统的经验模型，在理论上是不能“自洽的”，从而在实际应用中会显现理论上的不合理和实际计算结果的偏差。在此分析的基础上，我们提出了“唯象理论模型”新的计算方法。从国际同行的一系列的应用中证实了这种“唯象理论模型”的优越性。A-5高通量计算用于锂离子电池材料筛选和研究凌仕刚，高健，褚赓，黄杰，肖睿娟，李泓，陈立泉(中国科学院物理研究所，北京，, )先进电池技术是未来十年世界各国前沿技术竞争的制高点，对4G通讯、可穿戴电子设备、电动汽车、可再生能源、通讯基站、电动工具、工业节能、机器人、航空航天、医疗电子、国家安全等领域的发展至关重要。影响电池性能的关键是正负极材料与电解质材料。中国科学院物理研究所清洁能源实验室纳米离子学与纳米能源材料研究组长期从事锂离子电池正负极材料与电解质材料以及新电池体系的研究。自2001年起，通过第一性原理计算对电池材料的晶体结构、离子输运活化能、反应动力学等开展了研究。近年来，该研究组希望通过系统的热力学计算，能够从数千种含锂材料中选出合适的电极与电解质材料。基于第一性原理的计算方法较为精确但耗时很长，无法实现这一功能。为了加快锂电池电池材料的筛选速度，进一步提高研究的效率，该团队决定利用不同精度的计算方法，通过合适的约束条件，对材料进行高通量虚拟筛选。受到MIT的Ceder团队元素替代思想的启发，在筛选已知材料后，还可以对材料中的元素适当的替代，以期发现新的材料和对材料的物理化学性质进行调控。2013年物理所引进多尺度分子模拟软件Material Studio以及科学行业的研发信息流程定制和信息整合平台Pipeline Pilot。借助Pipeline Pilot平台将Dmol3，Castep等计算软件以及自行开发的键价和方法软件整合进入定制化的网页客户端(developed by Pipeline Pilot)中，供全组研发人员共同使用。该虚拟高通量筛选平台的建立，借助Pipeline Pilot平台的整合功能及图形化工作流编程思路，利用Pipeline Pilot的并行机制及作业管理机制，可以降低开发的难度，具有良好的拓展性能，提高高通量筛选材料的效率。通过Pipeline Pilot还能够对数据库进行管理，有效地管理计算结果及各种中间结果数据。本次报告，将介绍我们对于2013版无机晶体学数据库的整理、目标化合物的遴选、键价和计算方法的改进、采用PP进行高通量计算、获得材料的离子通道与活化能，并据此作出第二步筛选，再通过第一性原理分子动力学方法进行进一步的离子通道、活化能、晶体结构、电子结构的计算，判断该已知材料体系是否适合作为电解质或电极材料，基于前述计算的数据库的建立和今后的基于高通量元素替代计算、高通量材料制备和表征的设想。A-6材料基因组框架下计算与数据的集成杨小渝(中科院计算机网络信息中心，北京，)材料信息学是运用计算的方法来处理和解释材料科学和工程数据。如何通过材料信息学相关技术将数据，代码和材料计算软件有效集成， 通过材料计算和数据挖掘寻找或筛选材料组成的基本构建单元，“搭建”新的化合物，并能最终立起材料组份、结构和性能的定量关系模型用于指导新材料设计，是材料基因组计划所要倡导的核心内容之一。中科院计算机网络信息中心目前正在研发的面向高通量材料集成计算的材料设计平台，MatCloud, 旨在在材料基金组框架下探索计算与数据如何能更好地集成， 以帮助新材料研发。该文章将介绍MatCloud的研发进展情况，亟待解决的问题， 及对MatCloud未来的展望。A-7“材料基因组”数据库及集成计算方法探讨鲁晓刚(上海大学材料科学与工程学院，上海 200072，)实验-计算-数据库的完美结合是“材料基因组”计划的核心研究内容。高通量计算与高通量实验得到的高精度的海量数据，为数据挖掘提供了大量样本和素材，加速高质量实用数据库的开发。同时，高精度的数据库配合集成计算方法，为进一步的实验和计算指明了方向。三者深层次的融合将带来材料理性设计的革命。材料的众多基本物理性质是由其微观粒子之间的交互作用决定的，第一性原理计算通过少数合理近似，无需借助经验参数，求解多粒子系统的薛定谔方程，预测材料的化学、力学性质及光、电、磁、热等物理性质。第一性原理计算在揭示机理、描述物理现象的本质等方面无可替代。但要实现对多元多相工程材料的高效计算尚需时日。目前国际上通行的计算热力学、动力学方法，通过建立热力学和动力学模型来描述材料体系中的各组成相(包括气相、液相、固溶体相以及化合物)的物理和化学性质。根据实验数据、第一性原理计算、统计学方法及经验半经验公式的估算数据，优化拟合模型参数，建立适用于多元多相材料的热力学、动力学和物理性能等数据库。进一步将数据库与(理论或经验的)多尺度集成计算模拟方法相结合，模拟真实材料在生产制备和服役过程中的相变过程和微观组织结构演化，建立多元多相材料的成分工艺-组织结构-性能之间的定量关系。A-8材料基因组工程的材料数据库设计及其深度应用性开发尹海清，张瑞杰，刘国权，曲选辉，谢建新(北京科技大学，北京 100083，)材料基因组工程框架下的数据库平台在数据时代，将不仅仅具有查询功能，同时还应具有支撑材料设计开发和验证的功能。数据系统全面、具有权威性、可靠性和可持续发展性的数据库，和数据所有者乐于共享的数据环境，是材料数据库建设的关键基础。而将各类数据按需整合，满足不同层次不同尺度的计算和模拟、以及实验验证与表征对数据的需求，将成为今后数据库应用的主要方面。本文将对材料基因组工程的数据库设计与应用开发方法和思路、以及数据共享进行讨论。A-9上海大学材料基因组工程汇报罗宏杰(上海大学材料科学与工程学院，上海 200444，)材料基因组工程研究是材料科学和工程研究领域的发展新趋势。本报告简要介绍了材料基因组工程研究的国内外反应动态，并结合上海大学085内涵建设项目，着重介绍了上海大学在材料基因组工程研究方面的工作思路、研究进展、人才培养和工作展望等。相关研究项目聚焦于新材料、新工艺与生产所需的设计、计算以及模拟等重要问题，开展有关氧化物功能材料、先进复合材料、先进金属材料、低维半导体和纳米材料等创新材料的全研究链工作，旨在加速新材料研发速度，降低研发成本。上海大学将努力推进材料知识库、计算和设计、可控制备、精确表征和性能服役等环节研究人员的交叉、融合及协同创新，吸引国内外一流科学家来合作研究和学术交流，培养材料基因组研究领域的优秀青年学者和创新性复合型研究生。A-10基于经典理论对钢中第二相沉淀析出行为进行理论计算-计算方法与实际应用雍岐龙，孙新军，李昭东(钢铁研究总院，北京 100081，)钢中第二相具有重要的作用，第二相的体积分数、尺寸、形状和分布必须有效控制才能获得良好的力学性能和服役性能。采用基于经典热力学动力学理论的方法对钢中第二相的沉淀析出行为进行理论计算：通过平衡固溶度积公式可以计算第二相沉淀的化学自由能，由错配位错理论可计算第二相与铁基体的界面能，根据经典形核长大理论就可计算出第二相在钢中沉淀析出的热力学和动力学特性。提出了钢中主要第二相的临界核心尺寸、形核率-温度(NrT)曲线及沉淀量-温度-时间(PTT)曲线的计算方法，计算结果与实际测试结果良好吻合。采用该计算方法可深入分析第二相沉淀析出行为的变化规律及变化原因，由此可得到很多有意义的规律和推论，并在实际工业生产中成功应用。A-11材料改性与工艺优化高通量原位统计表征技术应用初探王海舟(中国钢研科技集团公司，北京 100081，)提出以研究或工艺生产的相关实物样品为对象高通量表征方法。采用高通量原位统计分布分析表征技术，获得数以万计各个原位置，组成、结构、性能一一对应的信息，以期筛查、验证、发现有价值信息，为调整理论计算、改进工艺提供参考。1. 实际材料复杂、多元、非均匀的，各位置的组成和组织结构不相同，其相应的性能各异。材料性能与各原位置信息的统计分布表征密切相关。2. 在相关材料的实物样品中，从数以万计的原位置，有可能发现理论计算预测对应组成与结构3. 以高通量火花原位统计分布分析技术、激光原位统计分布分析技术、获得数以万计各原位置的组成信息，结合全视场金相技术、显微硬度、电镜等微区技术，实现点对点的信息对应的高通量原位统计分布表征，可以为筛查、验证材料设计，提供有用参考信息4. 实物材料高通量原位统计表征技术，将为材料改性提供有价值的参考5. 来之实际生产或研究的实物材料，其高通量原位统计表征技术，可为为工艺优化提供有价值的参考6. 高通量原位统计分布分析表征技术所获得的海量组成、组织结构、性能相关信息将丰富材料基础数据库的信息。7. 初步研究了高通量原位统计分布分析技术在材料改性及工艺优化中应用。A-12组合材料微观力学性能高通量快速表征和测试向勇(电子科技大学，成都 611731，)近年来发展起来的代表性微观力学测试手段包括微观拉伸试验、微悬臂梁、微观单压实验、纳米压痕、MEMS疲劳测试、微观组合DSC等，可进行应力应变曲线、硬度、热应力和蠕变、屈服强度、疲劳特性、热力学参数等一系列高精度微观力学测试表征，且部分测试表征手段已可以进行高通量组合实验。由于高通量组合材料实验一般要求在较小的基片上组合生长尽可能多的材料样品，因此单个样品的尺寸较小。大量研究工作表明，当材料特征尺寸(晶粒、厚度等)与材料缺陷相互作用特征尺寸(0.10.5微米)相当时，其力学性能与体材料有显著不同，因此采用组合材料实验进行材料微观力学性能的高通量测试和表征时，必须将上述尺度效应考虑在内。如采用镀膜法制备组合材料样品时，还应在力学测试数据解读时将材料与基底之间的耦合因素考虑在内。在进行材料性能筛选时，虽然基于高通量组合材料薄膜样品的微观力学测试数据来预测体材料的宏观力学性能时必须非常谨慎，但是微观力学测试数据其所反映的材料“成分-结构-性质”关系及其变化趋势则具有重要借鉴作用，有助于筛选性质优良的候选材料，缩小体材料筛选和验证的范围，提高材料研发效率，缩短研发周期。A-13高性能结构材料的高通量计算和表征一体化设计技术刘立斌，江亮，赵继成，杜勇，金展鹏(中南大学材料科学与工程学院，410083， )先进材料开发速度过低材是发展先进制造的瓶颈，计算机技术和信息技术在材料科学与工程中的应用，为利用高通量的计算预测材料单相性质和模拟材料组织演化以及预测材料性能提供了可能; 另一方面，为了验证上述计算结果,有必要开发和采用高通量的实验测量方法。本报告介绍了本文作者在材料计算和高通量实验方面的一些尝试，着重介绍了相图、扩散系数、和材料热物理性能的高通量测量，以及材料成分、温度和冷却速度对材料组织性能影响的快速验证，材料蠕变强度的快速测量以及我们在硬质合金设计、不锈钢氮化、铝合金和镁合金热力学数据库。和我们在利用高通量的测量与计算方法开展钛合金的快速设计的思路和我们在钛合金弹性模量测量和数据库建设等方面的取得的一些初步结果。A-14航空材料工业对材料基因组技术的需求和盼望益小苏(中航工业北京航空材料研究院)航空材料工业是国家安全和经济建设的支柱性行业，目前正处于创新驱动、转型升级的关键阶段。本报告简略介绍了航空材料工业的发展规划、技术发展特征和创新驱动的要素，通过一系列材料发展和应用的举例，认为先进的材料基因组技术和材料集成计算技术的结合，将推动我国航空材料工业的技术跨越发展。同时，简要介绍了北京航空材料研究院正在推进的航空材料基因组技术。B-1非线性光学材料的“基因”识别和分子工程学设计林哲帅(中国科学院理化技术研究所，北京 100190，)非线性光学材料是一种重要的光电信息功能材料，由于具有波长变换、增大振幅、开关、记忆等光电性能而成为重要的功能材料，被称为“光学半导体”,“激光技术的重要物质基础”，对于高科技领域的发展具有举足轻重的作用。加速这些先进光电功能材料的研究开发进程，能够进一步提升我国非线性光学材料的自主创新水平，提高国家对战略性需求的满足能力。非线性光学材料的化学组成种类繁多，微观结构复杂多变。传统方法通过“炒菜”式搜寻和发现优质非线性光学材料，或者探索和开发现有材料的新功能，犹如大海捞针，需要耗费大量人力物力。一种优质的非线性光学材料从发现到最后实用化，往往需要十年到二十年左右的时间。我们通过多学科协作，在大规模计算模拟、实验制备和表征平台的基础上，深入研究非线性光学材料的构效关系，探索控制性能的材料“基因”信息， 利用现代分子工程学的研究方法，力争做到“有的放矢”，提高研究效率，加快新材料、新功能探索的研究步伐。B-2钛铝金属间化合物的多尺度计算研究徐东生，王皞，滕春禹，于德军，李玉娟，柏春光，武鹤楠，杨锐(中国科学院金属研究所，沈阳 110016，)-TiAl基合金具有优异的高温性能，替代高温合金作为转动部件将大幅度降低航空发动机重量，显著提高发动机的效率，但由于其室温脆性和成型困难，其大规模应用受到限制。本研究通过在电子结构、原子、微观组织及宏观尺度的模拟，研究钛铝合金的形变机制、相变及组织形成规律，以优化合金的性能及成型工艺。变形行为的原子模拟发现，钛铝中的超位错具有非对称性，且临界剪切应力不唯一；沿伪孪晶方向剪切时其变形机制具有压力敏感性，张力下剪切时以一种新机制实现真孪晶变形，而压力下剪切时形成伪孪晶；采用第一原理计算预测了不同合金元素对伪孪晶的促进作用；微观组织演化方面，采用相场动力学方法研究了弹性能、温度、界面能等因素对钛铝合金中片层组织形成的影响，获得片层组织厚度、孪晶界比例随不同因素的变化规律，有助于进一步微观组织优化；有限元模拟分析铸造钛铝低压涡轮叶片中表面缺陷的形成规律，为缺陷消除提供关键信息。B-3自然生物精细形态分级结构功能材料的基元张荻，范同祥，顾佳俊，张旺(上海交通大学，金属基复合材料国家重点实验室，上海 200240，)材料基因工程涉及材料、冶金、化学、物理、计算机等相关学科，并且目标是结合可靠的实验和计算数据，“多、快、好、省”地加快从材料涉及到应用的周期、其中通过理论与计算来预报新材料的组分、结构与性能的研究尤为重要。在材料的特性研发中，实际上材料的精细分级形态也对材料的性能具有重要的影响。在这一方面，通过对自然界的生物材料的功能分析，表明自然界的生物材料往往具有在相同的化学组分下，仅通过分级结构及形态改变从而改变和调控性能及功能，可谓“组分简单，结构精细，种类繁多，功能强大”，这一结果是否能为我们在材料的设计研发中给予启迪？本文将通过采用具有精细分级结构的自然生物材料为模板，利用化学及物理方法，通过改变其化学组分，保持生物材料的精细结构来快速创制人工难以制备的高性能材料的研究实例，探索是否可以借鉴自然生物的精细形态“多、快、好、省”指导高性能材料的研究和应用。B-4组合材料研究中的并行合成和高通量表征平台高琛，鲍骏，罗震林，丁建军，孙松(中国科学技术大学，国家同步辐射实验室，合肥 230029，)为了满足高通量材料实验的需求，并展示其在新型功能材料发现中的巨大作用，课题组发展了系列并行合成和高通量表征技术并将其用于新型功能材料的组合筛选。本文将结合课题组的研究工作，介绍组合材料学中的各种并行合成和高通量表征技术，包括溶液喷射、阵列燃烧、梯度溅射、荧光照相、红外成像、扫描光纤光谱、扫描近场微波显微镜、同步辐射扫描XRD等。这些技术提供了一个较为坚实的组合材料学研究平台。在此基础上，我们成功地开展了荧光材料、磁光材料、复合多铁性材料、光催化材料等的高通量筛选。在较短的时间内得到一些新型功能材料的同时，我们也成功地展示了组合方法在新型功能材料研究中的巨大潜力。所获得的部分新型功能材料通过进一步的机理研究和常规优化，已开始工程化研究以实现成果转化。B-5材料基因组思想实践若干无机材料组合快速优选实例刘茜(中国科学院上海硅酸盐研究所，上海 200050，)组合材料样品库技术采用并行合成与高通量表征的方式制备及评价高密度样品库的特性，从中快速发现新材料或优选材料设计方案，可显著加速新材料研发进程，充分体现“材料基因组”的核心思想。现阶段，并行合成高密度样品库主要采用组合溶液喷射(滴定)制备粉末样品库(0D)、掩模控制下的薄膜沉积制备膜材料样品库(2D)、以及全固态梯度材料样品库(3D)。所采用的高通量表征技术平台具有高空间和时间分辨率、快速扫描、多通道并行检测等功能。本报告例举组合材料样品库技术在若干无机功能材料快速筛选的范例，展示该技术的先进性及有效性，具体包括：1)医学成像用闪烁发光材料的成分筛选优化及应用；2) 新型直接白光LED荧光材料的发现；3)堇青石基热辐射节能材料的掺杂优化；4)汽车板用Zn基镀层材料的耐腐蚀性能提升。最后，分析了组合材料样品库技术在无机功能材料领域扩展应用的技术需求和瓶颈。B-6Theoretical View on the Design of High-performance Thermoelectric Materials Lidong Chen, Wenqing Zhang and Xun Shi(Shanghai Institute of Ceramics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai)Thermoelectric (TE) materials directly convert heat into electricity and play an important role in waste hear recovery for power generation and heat pump for electronics cooling. Research on advanced TE materials has been a world-wide focus in recent years. Performance optimization and novel materials design call for a deep understanding of the relationship between crystal structures and the intrinsically inter-countered physical properties. Our team is currently working in a rational way on the search for advanced TE materials with promising performance by joining the efforts from theoretical calculations, property measurements and microstructure characterization. Taking a few typical TE materials as examples, such as skutterudites with intrinsic lattice voids and Cu-based semiconductor materials with relatively rigid 3D bond network, I will discuss some of our recent efforts on designing and realizing high performance as well as on exploring novel transports in those materials. Implications for searching other novel TE materials will also be discussed.B-7材料基因组工程在新型玻璃体系研究中的应用蒋建中(浙江大学材料系，杭州 310027，)合金玻璃是当前材料中最活跃的科研领域之一，其原子排列不呈现平移周期性，具有优异的性能，在民军用两方面有很大的应用前途。到目前为止，能合成大于20毫米的合金玻璃材料寥寥无几，这限制了其工业应用。目前寻找由4元组成的最佳合金成分是一个巨大工程，通过使用材料基因组方法，可以大大提高工作效率，我们研发了3个大于20毫米的新型合金玻璃材料，其中一个合金玻璃直径高达73毫米，保留世界纪录。进一步通过材料基因组方法，研制出具有拉伸塑性的新型合金玻璃材料。B-8激光晶体材料的结构设计与理论计算苏良碧，张倩，马凤凯，姜大朋，徐军(中国科学院上海硅酸盐研究所，上海 201899，Su_)具有宽带发射光谱特性的激光材料是超强超短激光器的关键基础元件之一。稀土离子掺杂的碱土氟化物Re3+:AeF2(Re: Nd、Yb等；Ae：Ca、Sr、Ba)一个显著的特点是具有多重局域配位结构，因而具有类似于玻璃的宽光谱特性。其多格位结构是由于电荷不平衡(Re3+取代Ae2+)引起的，是自发形成的，即不受控制的。因此，所形成的激光材料的光谱性能(包括发光波长、发射截面、荧光寿命等)并不能完全满足激光器的需求。本论文在Yb:CaF2、Nd:CaF2晶体中通过共掺的方式来控制激活离子的局域配位结构实现了激光晶体光谱和激光性能的调控。实验表明，不同的稀土离子由于离子半径、原子质量和外层电子结构存在差异，在同一种基质材料(如CaF2)中会形成不同的格位结构。而且，由于晶胞常数的差异，同一种离子在不同的碱土氟化物晶体中也会形成不同的格位结构，从而具有不同的光谱性能参数。因此，稀土离子掺杂碱土氟化物是一类格位结构纷繁复杂、光谱性能丰富多样的激光材料。通过系统、深入的研究揭示出所观察到的光谱(和激光)特性与稀土离子微观结构之间的关系和物理机制，建立两者间相互关系的理论模型，可望实现激光材料从结构到性能的理论计算与模拟。B-9信息功能陶瓷材料的高通量研究刘志甫，李永祥(中国科学院上海硅酸盐研究所，上海 200050，)自上世纪九十年代以来，高通量实验技术在材料科学研究领域得到快速的推广应用并大大推动了材料科学的发展。较成熟的无机材料高通量制备技术主要是基于软化学方法的粉体制备和基于磁控溅射、脉冲激光沉积等薄膜制备技术，这些高通量材料制备技术是工业催化剂、荧光粉、薄膜太阳能电池材料、介电薄膜材料等的高通量评价和筛选的基础。目前，信息功能陶瓷材料使用形态仍以块体或厚膜为主，材料的微观结构对性能有着重要影响，研究开发块体陶瓷材料以及陶瓷厚膜材料的高通量制备及表征技术对于实现新型信息功能陶瓷材料的快速发现有重要意义。MLCCs及LTCC器件等无源元器件的开发本身就是一种基于陶瓷厚膜技术的高通量过程。本研究以期建立一套新型功能陶瓷块体材料、陶瓷厚膜以及多层无源元器件高通量设计、制备及表征方法，实现信息功能陶瓷材料与器件的快速研发。报告中详细介绍了流延浆料体系及其厚膜生料带的高通量研发，建立了一套陶瓷厚膜流延浆料高通量研究方法，采用该方法开发出基于乙醇-乙酸乙酯溶剂体系的新型环境友好流延浆料体系，该流延浆料体系应用于多种功能陶瓷材料，得到系列高质量的陶瓷厚膜生带，并开发出几类典型的多层无源元器件。B-10不同材料体系锂离子电池热失控毒物谱研究孙杰，李吉刚，周添，唐娜，党胜男(解放军防化学院，北京 102205，)为应对节能减排的重大挑战和雾霾对人民健康的影响，加快发展新能源汽车产业已成为国家重大需求与战略决策。锂离子动力电池制备工艺技术和相关材料虽已取得重大进展。但是，国内外在示范运行中曾多次发生燃烧或爆炸事故，锂离子电池的安全性受到极大关注，目前研究的重点集中在电池材料的选取和电池设计与工艺，很少有人研究电池热失控下电池泄漏物的毒物谱及其与活性材料的关系。在此背景下，本论文在防化学院化学防护技术条件基础上，利用电化学方法、离子色谱、HAPSITE色质联用仪重点开展三元、锰酸锂和磷酸鉄锂等不同活性材料体系的锂离子动力电池燃烧或爆炸泄漏物中有毒成分的确定，并尝试分析毒物的生成与活性材料的关系。B-11Adaptive genetic algorithm method and Mg-silicates at multi-TpaS. Q. Wu1,2, M. Ji2, C. Z. Wang2, K. Umemoto2,3, R. M. Wentzcovitch4, K. M. Ho2 (1. Department of Physics, Xiamen University, Xiamen 361005, Peoples Republic of China, ; 2. Ames LaboratoryUS DOE and Department of Physics and Astronomy, Iowa State University, Ames, IA 50011, USA; 3. Department of Earth Sciences, University of Minnesota, Minneapolis, MN 55455, USA; 4. Minnesota Supercomputing Institute and Department of Chemical Engineering and Materials Science, University of Minnesota, Minneapolis, MN 55455, USA)Crystal structure prediction starting from the chemical composition alone has been one of the long-standing challenges in theoretical solid state physics, chemistry, and materials science. While there has been steady progress in predicting the crystal structures of elementary crystals and binary alloys, exploration of complex binary, ternary, and quaternary systems has required more advanced algorithms for configuration space exploration and faster but reliable methods for energy evaluation. In the evaluation of energies of target structures, first-principles calculations are accurate but time-consuming. By contrast, calculations based on classical potentials are fast and applicable to very large systems but are limited in accuracy. We developed an adaptive genetic algorithm (GA) which is an efficient scheme for complex crystal structure prediction. It combines the speed of structure exploration by classical potentials with the accuracy of DFT calculations in an adaptive and iterative way. This strategy i