北理工ICME團隊在材料微結(jié)構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域取得新進展
發(fā)布日期：2020-05-27 供稿：前沿交叉院
編輯：朱倩云 審核：唐水源 閱讀次數(shù)：目前，國際材料領(lǐng)域頂級期刊《先進材料》（Advanced Materials）報道了北京理工大學(xué)前沿交叉科學(xué)研究院集成計算材料工程ICME王俊升教授團隊的黃厚兵特別研究員在鐵性材料微結(jié)構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域的原創(chuàng)性研究成果，題目為“Hybrid magnetic micropillar arrays for programmable actuation”。北京理工大學(xué)黃厚兵特別研究員是該文的共同通訊作者, 其它兩位通訊作者是武漢大學(xué)王正直副教授（第一作者）和賓夕法尼亞州立大學(xué)陳龍慶教授。
圖1 A模擬納米柱中磁性顆粒分布圖，B磁性顆粒濃度分布圖，C磁場下納米柱受力圖D和E 磁致微柱彎曲的理論與實驗對比圖
為了探究多場耦合作用下的磁顆粒疇運動機制，黃厚兵特別研究員構(gòu)建了一種高濃度漂移擴散模型，揭示了結(jié)構(gòu)-性能的關(guān)系：顆粒梯度分布能減小表界面區(qū)域的失配應(yīng)力集中，在保持各自力學(xué)強度的同時，將抗疲勞性較均質(zhì)表界面提高了一個量級，并指導(dǎo)實驗制備出具有大尺度梯度分布的鐵磁性納米柱。通過調(diào)節(jié)磁性納米顆粒在高彈性微柱基體內(nèi)的空間分布，實現(xiàn)了對微柱的局部剛度和磁致驅(qū)動力沿微柱軸向的精準(zhǔn)調(diào)控。結(jié)合理論預(yù)測、實驗表征和模擬計算，發(fā)現(xiàn)在相同的磁場驅(qū)動條件下，顆粒的不同分布（均勻分布、向柱根分布、和向柱尖分布）可導(dǎo)致微柱的變形量變化一個量級以上。該工作充分體現(xiàn)了材料微結(jié)構(gòu)設(shè)計在先進智能材料與結(jié)構(gòu)開發(fā)中的重要地位，為刺激響應(yīng)結(jié)構(gòu)的程序化調(diào)控提供了普適的思路和方法。
論文全文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202001879
附黃厚兵特別研究員簡介：
黃厚兵，北京理工大學(xué)前沿交叉科學(xué)研究院特別研究員，博士生導(dǎo)師。主要從事相場模擬材料微觀結(jié)構(gòu)演化研究，發(fā)表SCI論文80余篇，其中第一或通訊作者論文47篇(包括Adv. Mater., Mater. Horiz., Acta. Mater.等)，利用開發(fā)的相場模型與國內(nèi)外團隊合作發(fā)表論文30余篇(Science, Nat. Common., PRL等)。開發(fā)的模型源代碼已集成于商業(yè)軟件μ-Pro，為材料研發(fā)提供理論支撐。在介觀尺度，相場方法可模擬鐵電、鐵磁和鐵彈材料的疇結(jié)構(gòu)演化，材料的凝固過程枝晶生長，金屬和陶瓷顆粒燒結(jié)動力學(xué)、核材料缺陷演化和腐蝕等。先后主持自然科學(xué)基金、科技部重點研發(fā)計劃子任務(wù)、國防基礎(chǔ)科學(xué)挑戰(zhàn)計劃子課題、北京市“青年托舉工程”等5項。擔(dān)任第一屆“相場與集成計算材料工程會議”理事會常務(wù)理事、中國硅酸鹽學(xué)會青年工作委員會委員和北京市硅酸鹽學(xué)會理事等。
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