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宿彦京,杨明理,祝伟丽,周科朝,薛德祯,汪洪 ,谢建新
《中国工程科学》 2023年 第25卷 第3期 页码 161-169 doi: 10.15302/J-SSCAE-2023.03.015
新材料研发智能化技术发展迅速,显著增强材料研发效率及工程化应用水平,获得国际性的高度关注;我国在此领域发展相对滞后,基础设施条件面临缺口,制约着新材料原始创新及产业发展质量。本文总结了新材料研发智能化涉及的关键技术,从技术角度梳理了国内外发展现状,分析了我国新材料研发智能化面临的挑战;阐述了新材料研发智能化技术体系框架,包括材料智能计算设计技术与核心软件、材料自主 / 智能实验技术与高端装置、材料人工智能基础算法及关键技术、材料数字孪生、材料智能化研发平台与协同创新网络等。提出了创新生态构建及保障、产业化发展环境、数据底座与标准体系、人才培养与国际合作方面的举措建议,以期推动新材料研发智能化技术体系的发展与应用。
超材料:重新塑造与重新思考 Review
刘若鹏,季春霖,赵治亚,周添
《工程(英文)》 2015年 第1卷 第2期 页码 179-184 doi: 10.15302/J-ENG-2015036
超材料是一种复合材料,它在声学、电学、磁学或光学等方面的材料特性是由基体和基体中的微结构共同决定的,而且微结构在其中起到了决定性的作用。超材料在发展过程中不断地重新定义着材料科学的边界。在电磁学领域和其他领域,借助于定制化的材料特性和在外部刺激作用下的可调特性,这种材料展现出了优越的灵活性。在本文中,我们对超材料技术及其转化方面进行了介绍,对其工业化进程进行了分析,并且提供了自身的经验和对未来的展望。
周安亮,王德成
《中国工程科学》 2017年 第19卷 第5期 页码 103-108 doi: 10.15302/J-SSCAE-2017.05.018
本文从轻量化材料焊接最终目标和需求、数字化和智能化技术发展趋势、焊接车间柔性构建三个维度出发,结合先进制造车间智能化和焊接工艺数字化技术发展趋势,分析得出了轻量化材料焊接车间智能化需满足的焊接控制管理实时化、焊接过程质量控制闭环化、焊接性分析数据化、焊接工艺分析智能化、快速互换装夹(柔性化)、焊缝质量检测工具化、焊接生产管理数字化、焊接基础数据库无纸化八大基本要素,并对这些要素分别进行了阐述,相关结论可以作为焊接车间智能化改造或新建的参考。
孙宝德,疏达,付华栋,汪东红,彭立明,王新云,朱言言,王华明,丁文江,谢建新
《中国工程科学》 2023年 第25卷 第3期 页码 152-160 doi: 10.15302/J-SSCAE-2023.03.014
发展智能制造是我国制造业创新升级的主攻方向,高端新材料是支撑高端装备和重大工程需求的核心材料,推动智能制造与高端新材料制造紧密结合,对提升高端新材料制造能力,满足重大装备对高端新材料的需求,具有重要意义。本文深入分析了高端新材料智能制造的必要性,在分析面向高端新材料的高性能制造、复杂构件的整体化与轻量化制造、高端构件的一体化与低成本绿色制造等特征基础上,总结了传统“试错法”研发模式在材料制造领域遇到的主要问题与挑战,分析了数据驱动的高端新材料智能制造研发模式带来的重大变革与机遇,并以材料智能加工成形为例,全面梳理了亟需发展的共性关键技术及其发展方向。本文从加强关键技术研究、构建创新体系、创新学科交叉人才培养和加快成果转化等方面,提出了加快发展高端新材料智能制造的对策建议,以缩短与国外先进水平的差距,支撑我国材料产业的升级换代和跨越式发展。
高分子材料的智能制造平台——高分子材料基因工程 Perspective
高梁, 王立权, 林嘉平, 杜磊
《工程(英文)》 2023年 第27卷 第8期 页码 31-36 doi: 10.1016/j.eng.2023.01.018
高性能高分子材料是高新科技和先进制造业的基石。高分子材料基因工程正在成为高分子材料智能制造的重要平台。然而,高分子材料基因工程的发展仍处于起步阶段,许多问题亟待解决。本文阐述了高分子材料基因工程的概念,总结了最新研究成果,并强调了该领域的重要挑战和发展前景。特别强调了高分子材料的性能预估方法,包括性能代理量预测和机器学习性能预测。最后,讨论了高分子材料基因工程在先进复合材料、通信和集成电路等领域所亟需的高性能高分子材料创制方面的潜在工程应用前景。
科学中的第五范式——以智能驱动的材料设计为例 Article
冷灿, 唐卓, 周一歌, 田泽安, 黄维清, 刘杰, 李克勤, 李肯立
《工程(英文)》 2023年 第24卷 第5期 页码 126-137 doi: 10.1016/j.eng.2022.06.027
材料科学研究正在进入“机器学习+大数据”为标志的数据驱动范式阶段,预示着以机器学习为代表的智能系统融入传统的材料科学计算,具备数据挖掘和知识发现的智能驱动能力。在此,本研究通过在天河一号超级计算机系统上构建的为催化材料专门设计的典型平台案例,生动地阐明了第五范式的本质,旨在促进第五范式在其他领域的发展。通过讨论,第五范式的智能驱动平台可以极大地简化和改进研究中极其繁琐和具有挑战性的工作,并通过补偿机器学习中样本的不足,以及替代一些计算资源不足导致的数值计算,实现数值计算与机器学习的相互反馈,加快探索过程
关键词: 催化材料 第五范式 智能驱动 机器学习 跨学科专家的协同效应
宁圃奇, 韦统振, 肖立业, 齐智平, 严萍
《中国工程科学》 2018年 第20卷 第3期 页码 125-131 doi: 10.15302/J-SSCAE-2018.03.018
新材料技术及其新装备作为未来智能电网与能源网融合的重要组成部分,对推动我国能源革命,促进能源转型以及刺激能源行业创新发展具有重大作用。本文以“融合网”为对象,重点探讨了新材料及其新装备的关键技术,并详细分析了发展新材料及其新装备对我国能源战略布局与发展的重要意义。基于国内外发展现状,本文重点讨论了新材料及其新装备在实现“融合网”过程中可能遇到的主要问题,分析了面向“融合网”新材料及其装备的发展趋势与挑战。据此本文在最后提出发展建议,力求助力我国新材料及其新装备的建设,推动“融合网”的深度发展。
高性能多功能水泥基复合材料 Article
Victor C. Li
《工程(英文)》 2019年 第5卷 第2期 页码 250-260 doi: 10.1016/j.eng.2018.11.031
混凝土是一种不断发展的材料,甚至高性能混凝土的定义也正随着时间的推移而发生变化。本文所说的混凝土材料的高性能特性是指那些直接影响我们生活质量的民用基础设施的理想耐久性、回弹性和可持续性的特性。这些特性包括拉伸延展性、自体裂缝宽度控制和材料的“绿色”环保性。此外,智能功能应旨在通过响应结构周围环境的变化来提高基础设施的耐久性、回弹性和可持续性以实现其理想功能,从而使材料的行为方式更类似于某些生物材料。本文基于工程水泥基复合材料(ECC)的最新研究进展,提出可以设计出具有高性能兼智能多功能性的混凝土材料,并且其具有满足 21 世纪民用基础设施预期需求的潜力。
Amelia Yilin Lee, Jia An, Chee Kai Chua
《工程(英文)》 2017年 第3卷 第5期 页码 663-674 doi: 10.1016/J.ENG.2017.05.014
于翘
《中国工程科学》 1999年 第1卷 第3期 页码 1-4
在不少场合下,航天用工程材料处在极端条件下工作,这就对材料提出许多特殊的要求,虽然国内外有一定的研究积累,但对更精确的模型和符合特定材料的损伤的状态方程,有待深一步研究。如高级弹头再入时气动加热和粒子云侵蚀以及两者耦合效应引起弹头防护材料增大后退量的问题;空中垃圾和微流星的高速碰撞对航天器的威胁;特别是核爆和激光武器对材料的损伤和破坏,实质上是辐射引起的热击波层裂破坏,这些都属于超高速碰撞对材料的响应问题。天线罩材料、吸波材料、红外隐身材料、电磁屏蔽材料都是具有不同波长电磁波的电磁功能材料,它们对固体介质的穿透、吸收、反射等会产生响应,不同的电磁功能材料,其宏观性能的物理参量不同,但有几个参量是通用的,如介电常数、磁导率和损耗角正切,搞清这些参量与材料微观结构的关系,可以为材料设计和材料创新提供科学依据。
John Pendry, 周济, 孙竞博
《工程(英文)》 2022年 第17卷 第10期 页码 1-2 doi: 10.1016/j.eng.2022.08.001
李天昕,王书道,卢一平,曹志强 ,王同敏,李廷举
《中国工程科学》 2023年 第25卷 第3期 页码 170-181 doi: 10.15302/J-SSCAE-2023.03.016
随着世界科技水平的快速发展以及国民经济建设对高性能合金材料的迫切需求,传统单一主元合金逐渐不能满足人们与日俱增的使役需求。高熵合金因其独特的物理、化学以及力学性能,极大地拓展了金属材料成分设计范围,有望在国防、航空、航天、海洋、核能、医疗、新能源等重大工程领域发挥重要作用。本文结合各领域对先进高熵合金材料的具体需求,梳理了高熵合金材料的特征和内涵,分析了高熵合金材料发展的整体形势与前景,厘清了国内外高熵合金的发展现状。针对上述问题,研究建议,加强高熵合金材料研发的顶层设计,完善产业政策;加强企业和科研机构的对接和沟通;完善高熵合金材料标准、测试、表征、评价体系;推进人才队伍建设;降低材料成本,打造高附加值产品,促进我国先进高熵合金材料产业朝着体系化、绿色化、高端化、智能化方向发展。
“先进半导体材料及辅助材料”编写组
《中国工程科学》 2020年 第22卷 第5期 页码 10-19 doi: 10.15302/J-SSCAE-2020.05.002
目前,以SiC、GaN为代表的第三代半导体材料快速发展,我国亟需抓住战略机遇期,实现先进半导体材料、辅助材料的自主可控,保障相关工业体系安全。本文在分析全球半导体材料及辅助材料研发与产业发展现状的基础上,寻找差距,结合我国现实情况,提出了构建半导体材料及辅助材料体系化发展、上下游协同发展和可持续发展的发展思路,制定了面向2025年和2035年的发展目标为推动我国先进半导体材料及辅助材料产业发展,提出了建设集成电路关键材料及装备自主可控工程,SiC和GaN半导体材料、辅助材料、工艺及装备验证平台,先进半导体材料在第五代移动通信技术、能源互联网及新能源汽车领域的应用示范工程
周济,李龙土
《中国工程科学》 2018年 第20卷 第6期 页码 69-74 doi: 10.15302/J-SSCAE-2018.06.011
超材料是一类利用人工结构作为功能单元构筑的新型材料,可实现自然材料无法获得的新性能,得到了世界各国的高度重视,被美国国防部列为六大颠覆性技术之一本文从工程应用出发对超材料技术的形成和发展做了简单评述,总结了过去一些年超材料在几个典型领域,如隐身、电子元器件及机械减震系统中取得的若干重要突破,预测了可能导致颠覆性技术的几个方向,如超材料透镜技术、超材料全光调控技术,以及超材料与常规材料的融合等,并对超材料技术未来发展的难点和战略思路提出了建议。
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