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计算研究正深刻改变着材料科学
发布:shadow   时间:2015/5/15 11:09:41   阅读:854 
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为了保持竞争力,企业和政府正不断寻找着能够开启新的能源资源或新技术的材料。无论谁首先开发出能够使他们的产品更快、更轻、更强或更有效率的材料,他们都会有一个显著的竞争优势。
 
近年来,已变得日益明显的事实是:计算研究处于材料科学边缘的关键位置,并维系着它。
 
“过去需要数年时间来解决的问题,现在可以在一个月内解决,”Srikanth Patala说,他是美国北卡罗来纳州材料科学与工程方面的研究员。
 
计算研究使用涉及多种方法的复杂模型,所有这些都使材料科学与工程得到提升。
 
材料与测试:计算研究正深刻改变着材料科学
氧化钙与水蒸汽相互作用的一个计算机模拟图。
该工作预测了固体表面与反应气体接触时的热力学稳定性,以及通过控制外部条件,这种稳定性如何变化。
 
“这些计算模型可以帮助研究人员理解一个实验的结果,在未来的实验中,这些计算模型必定是最有前途的方法,并使我们洞察到在实验室里不易被探索的过程,”北卡罗来纳州的研究员Don Brenner说,他是一位材料计算研究领域的先驱,自上世纪80年代末,他就一直在这个领域发表研究。“例如,计算研究有助于我们理解在核反应堆中材料的行为,核反应堆处于高热量和高辐射的状态。”
 
“我们现在可以使用模型来设计具有一些特定的性质的新材料,以用于任何给定的用途,”Patala说。
 
“通过计算模型的使用,我们可以评估数百个或更多可能的材料组合,”Brenner解释说。“使用传统的实验方法评估这些组合需要花费数年时间,但我们可以将它缩小到几个最有可能的材料的组合。”
 
“在北卡罗来纳州,有很多人将计算研究作为设计新材料有意义的方法,”Doug Irving说,他是北卡罗来纳州的另一个材料研究员。“最终,相对于不使用这些能力的研究人员来说,这给我们的研究人员一个很大的优势。”
 
例如,Brenner的实验室最近致力于理解导致在核反应堆燃料棒上沉积金属氧化物鳞片的原因——这是一个危险且使用传统的实验技术又极度困难(如果不是不可能的话)的工作。
 
“我们发现开发新技术将有可能消除这些氧化片层,这将使反应堆更有效率而且增加了核燃料棒的寿命周期,” Brenner说。
 
但材料科学的计算研究远远不只是在核能方面。
 
“我们在光学和电子材料、结构材料、含能材料和软物质材料方面进行工作,”Irving说。“我们正在讨论从电子产品和LED一直到制药和生物医疗设备的各种应用。”
 
换句话说,理论模型能够为现实问题提供实际的解决方案。
 

来源:北卡罗来纳州立大学
 

来源:材料与测试
译者:天使之翼
译自.nanowerk
 
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