材料基因组研究进展

材料基因组研究进展专题由王崇愚院士和屠海令院士主持。

陈立泉院士在“中国MGI如何跨出第一步?”报告中首先介绍了美国“材料基因组计划”（MGI）的本质、具体措施和进展，指出我国关键新材料的自给率很低，在当前发达国家对材料研发突然发力、加快速度的背景下，我国开展材料基因组计划迫在眉睫。对于怎么开展中国版的材料基因组计划，陈院士提出“一个整体，多个层次，协同创新”的战略措施：一个整体即选择几项国家急需的、国内有良好基础的关键材料进行示范，力求尽快积累经验、取得成果，以便进一步推广普及到整个材料领域；并组建全国性的包括材料计算、材料学实验和数据库三位一体的“材料基因组研究中心”；打造全国性的“材料创新基础设施”。多个层次是指发挥多方面的积极性，既有中央政府的积极性，也有地方政府的积极性，既有政府的引导作用，也有企业的主导作用。协同创新包括计算、实验、数据库三要素协同，材料“发现-研发-生产-应用”各个环节的协同，跨学科的研发团队的协同，和“官、产、学、研、用”的协同。报告并对中国版MGI的开展提出了具体建议。

吴以成院士的“紫外非线性光学材料分子设计”报告首先介绍了不同频率激光获得的基础——非线性光学晶体和非线性光学效应，回顾了非线性光学晶体构效关系的探索历程，重点介绍了阴离子基团理论以及基于这一理论开展的硼酸盐体系非线性光学晶体探索。报告指出基于(BO₃)基团的新型非线性光学晶体KBBF突破了直接倍频深紫外激光壁垒，以KBBF晶体器件深紫外光源为核心研制成功多种深紫外科学仪器前沿装备，我国科学家应用该系列装备在诸多领域获得了一系列重要研究成果。报告最后简要介绍了在非线性光学领域采用阴离子基团理论结合第一性原理方法的优势及取得的计算流程等成果。

崔予文研究员在“钢铁及形状记忆合金中马氏体组织形貌的集成朗道模型”报告中，介绍了马氏体晶体学和微弹性相场两类马氏体微观组织模型，详细介绍了基于群的不可约化表示的拉格朗日动力学马氏体微观组织模型（集成朗道模型），分析了该模型与前两类模型的异同及三者的内在集成。报告展示了基于朗道模型开展的探索多晶钢铁和形状记忆合金马氏体相变规律和组织演化的研究工作，指出朗道模型有效地减少了传统模型中不具有明确物理意义的模拟参数，能有效地揭示多晶钢铁与形状记忆合金马氏体相变过程中的多场耦合在物理本质上的异同。报告第二部分介绍了马氏体微观组织模拟的外在技术集成的方法及实例。

讨论环节，有3位参会代表的提问表示出对中国版材料基因组计划数据库的建立、应用、共享的关心，陈立泉院士认为，数据库应该是多个层面的，每个实验室、研究团队需要有自己的数据库，而国家层面有大的数据库，并且他建议国家层面应该成立技术小组，制定数据库对接标准、共享原则等指导意见，以引导数据库的高效建立、有效应用；另外，当前数据库应该适应材料研究的特点，分为敏感材料军用数据库和民用数据库。其他两位代表分别向吴以成院士、崔予文研究员请教了自己科研过程中的困惑，他们一一做了耐心解答。

凝固技术进展

凝固技术进展专题由魏炳波院士和李元元院士主持。

介万奇教授在“多组元合金铸造过程的凝固基础研究”报告中指出，凝固是一门古老的学科，但目前我国凝固控制技术的不发达限制着众多领域设备、技术的进步，报告具体介绍了航空航天大型铝合金结构件、大型铝合金型材用铸锭连铸、大型水电、核电设备大型铸件、航空发动机及地面燃机工作叶片（单晶及多晶）铸造对凝固技术的重大需求。报告重点分析了多组元合金凝固的4个前沿问题：多元多相合金非平衡凝固行为的热力学与动力学耦合理论、多元多相合金凝固过程的多层次表征及跨层次耦合、多元合金非平衡凝固过程中熔体－界面－传输的协同调控原理和电磁场及高能束作用下多元多相合金的凝固行为及其控制原理，并介绍了其研究团队研发的能有效解决大型铸件冶金质量控制的反重力铸造技术、同时解决铸件力学性能和尺寸精度的大型结构件石膏型无冒口精密铸造技术，以及II－VI族化合物材料单晶制备技术，这些技术成功攻克了航空航天关键构件制备难题和用于关键设备研制。

杜勇教授在“热力学、热物理性能及凝固过程微结构表征”报告中指出材料微结构的表征及其所需的数据库、计算工具及实验工具是材料基因的核心，并认为第一性原理（分子动力学）、晶体相场法和有限元方法分别模拟微观纳米尺度、细观界观和宏观尺度的组织性能变化，是材料基因计算最重要的三种方法。报告主要介绍了其研究团队在Al合金相图热力学数据库、Al合金的扩散系数数据库、Al合金热物性参数数据库建立方面的杰出成果，并展示了他们在Al合金凝固过程微结构表征方面的研究工作。报告还介绍了其研究团队及柳百成院士课题组近年分别在探索Al合金和Mg合金时效强化过程微结构与性能的关系方面取得的研究成果。杜勇教授在报告最后展望到，材料基因计算的另一部分内容—建立微结构与力学性能的本构方程，实现材料制备过程力学性能动态演变的定量描述，将大大加速新型高性能材料的研发。

吴孟怀教授首先在“铸锭宏观组织和偏析的数值仿真”报告中表示，铸锭内铸态组织和宏观偏析的研究是一个传统的课题，但仍然是前沿的研究领域，近两年我国“973”项目、欧盟冶金协会等仍通过组织专题研究及系列会议持续探索钢锭的铸态组织和缺陷研究，而钢锭的制备和质量控制仍是大型装备制造的核心技术。报告详细介绍了多相流-体平均凝固过程数值仿真模型，通过具体事例重点展示了多相计算流体动力学在铸锭铸态组织和宏观偏析形成过程动态数值仿真及定量描述方面的应用前景。

讨论环节，周廉院士首先对凝固理论及技术的发展提出两点建议：①铸锭、铸件质量是我国金属产品及设备与国外差距较大的主要原因，应该将最新的凝固理论、技术成果推广、应用到产业一线去，为我国突破关键材料、关键产品落后现状作出贡献；②杜勇教授的Al合金热力学、动力学数据库现在已经被用于Al合金材料基因计算，并指导新型Al合金设计。其他新材料领域的科研人员应该一开始也主动通过材料基因计算方法研发新材料。对于材料基因计算的诸多计算方法，有代表问到应该如何进行选择？杜勇教授回答到，现在已有结合第一性原理计算和分子动力学的研究，也有将第一性原理计算和相场方法的结合，而对多元、多相体系的组织定量描述就必须结合相场方法；吴孟怀教授补充到，现在对材料进行跨尺度的研究时需要局部结合两种以上的方法。

17个大会报告结束后，周廉院士进行了总结讲话，他认为2014新材料国际发展趋势高层论坛举办得非常成功，参会人数多，报告精彩，讨论热烈，感谢报告人和所有代表的支持。随后对今后高层论坛的举办谈了3点想法：①我国一些关键材料，特别是电子材料、光电材料、纳米材料、能源材料等新材料的研究与产业应用与国外差距很大，今后高层论坛系列会议的议题内容主要由这几类新材料和一些国内热点研究方向为主；②高层论坛系列会议旨在探讨未来新材料发展方向，培养未来新材料科研人才，是在校研究生开阔视野、了解前沿、学习取经的好机会，各位教授应该支持学生参会；③2015年高层论坛将在上海由上海交通大学主办，目前已确定有Mg合金分论坛和国际科技论坛，其他分论坛也欢迎各位专家建议组织。