材料設(shè)計(jì)理論及其應(yīng)用

前言

　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算材料學(xué)正成為材料研究領(lǐng)域的重要分支。除了日益增多的流程參數(shù)的計(jì)算機(jī)控制外，通過計(jì)算機(jī)模擬，深入研究材料的結(jié)構(gòu)、組成及其在各物理、化學(xué)過程中微觀變化機(jī)制以達(dá)到材料成分、結(jié)構(gòu)及制備參數(shù)的最佳組合，即以材料設(shè)計(jì)為目的，已成為材料科學(xué)發(fā)展的熱點(diǎn)。　　材料計(jì)算與設(shè)計(jì)有兩大特點(diǎn)：第一是具有“前瞻性”和“創(chuàng)新性”，能在更為廣闊的范圍內(nèi)進(jìn)行創(chuàng)新探索。例如，在諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者江崎玲于奈（Leo Esaki）等提出設(shè)計(jì)半導(dǎo)體超晶格新概念之后，量子結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器及其他光電子器件取得驚人進(jìn)展。第二是計(jì)算機(jī)可以模擬進(jìn)行現(xiàn)實(shí)中不能或很難實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)，女口材料在極端壓力、溫度條件下的相變，模擬原子及以下尺度的研究等，而且可以驗(yàn)證已有理論，也可以根據(jù)模擬結(jié)果修正或完善已有理論，并可以從模擬研究結(jié)果出發(fā)指導(dǎo)、改善實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)。因此，材料計(jì)算與設(shè)計(jì)已成為除實(shí)驗(yàn)和理論外解決材料科學(xué)中實(shí)際問題的第三個(gè)重要組成部分，使材料的研究跳出了傳統(tǒng)的“炒菜法”而發(fā)展為基于原理的方法。

內(nèi)容概要

　　《材料設(shè)計(jì)理論及其應(yīng)用》從材料設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)出發(fā)，重點(diǎn)介紹了材料設(shè)計(jì)基本方法：蒙特卡羅法，有限元法，第一性原理法，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)思想、步驟和方法，詳細(xì)介紹了這些基本方法的相關(guān)數(shù)學(xué)內(nèi)容，同時(shí)，從應(yīng)用角度介紹了這些方法在材料設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)實(shí)例。　　《材料設(shè)計(jì)理論及其應(yīng)用》適用于從事材料科學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)、應(yīng)用數(shù)學(xué)方面及其相關(guān)行業(yè)的科研人員，也可作為高等院校相關(guān)專業(yè)研究生及高年級(jí)本科生的參考書。

書籍目錄

前言第一部分 蒙特卡羅方法?第1章 蒙特卡羅方法的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)??§1.1 蒙特卡羅方法的基本概念??§1.2 積分的蒙特卡羅方法計(jì)算??§1.3 數(shù)學(xué)物理方程的蒙特卡羅方法計(jì)算??第2章 蒙特卡羅方法模擬相變??§2.1 面心立方體系相圖??§2.2 超晶格相變的模擬??第3章 蒙特卡羅方法模擬反應(yīng)動(dòng)力學(xué)??§3.1 解化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)問題的期望估計(jì)方法??§3.2 燒結(jié)反應(yīng)過程??§3.3 多晶材料的晶粒生長??參考文獻(xiàn)??第二部分 有限元法?第4章 有限元法??§4.1 有限元法簡介??§4.2 擴(kuò)展有限元法??§4.3 非線性有限元分析??第5章 有限元分析的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)??§5.1 變分及其特征??§5.2 變分法與歐拉方程??§5.3 變分問題的直接方法?第6章 有限元法在材料設(shè)計(jì)中的應(yīng)用??§6.1 金屬絲的扁平壓制??§6.2 功能梯度材料??§6.3 燒結(jié)工藝過程??參考文獻(xiàn)??第三部分 第一性原理法?第7章 第一性原理法的相關(guān)理論計(jì)算??§7.1 第一性原理法簡介??§7.2 相關(guān)微分方程的求解??§7.3 用分離變量法解單電子薛定諤方程??§7.4 用變分法求解薛定諤方程??§7.5 多重散射Xα方法??第8章 第一性原理在材料設(shè)計(jì)中的應(yīng)用??§8.1 在氧化環(huán)境中的Ag-Cu合金表面??§8.2 Cu/MgO（001）界面??§8.3 鈦酸鉛表面結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性??§8.4 立方鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的SrMO3（M=Ti，V，Zr，Nb）的彈性和電性能??參考文獻(xiàn)??第四部分 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)?第9章 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展概述??第10章 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在材料科學(xué)中的應(yīng)用??§10.1 BP算法的分析與改進(jìn)措施??§10.2 應(yīng)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研究鎂鋁水滑石納米晶制備工藝??§10.3 應(yīng)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研究水滑石/聚合物納米復(fù)合材料的制備工藝??參考文獻(xiàn)

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