計算機在材料科學中的應用

緒論教學內容：課程的性質與任務，主要內容及研究方法，本課程的特點與學習方法，材料科學發展簡史。教學要求：

1.了解本課程的主要內容及研究方法，材料科學發展簡史。

2.了解材料科學、計算機以及材料科學與計算機之間的關系。3.了解計算機在材料科學中應用的幾個方面。1、計算機有關概念這是什么？？？？？曙光4000A超級計算機－國家智能計算機研發中心。

這就是我們所熟悉的計算機，精美的圖片有助于吸引大家的注意力。那么，各位同學平時使用它們主要來做什么呢？可能的回答結果是：聊天、游戲以及簡單文本處理等。計算機的發展歷史邏輯元件時間存儲設備軟件用途第一代電子管1946-1958（主）磁鼓、磁芯，（外）磁帶機器語言科學計算第二代晶體管1958-1964（主）磁芯，（外）開始使用磁盤高級語言及編譯程序數據處理，工業控制第三代中、小規模集成電路1964-1971（主）磁芯（外）磁盤會話式的高級語言發展企事業管理與工業控制第四代大規模集成電路1971-至今（主）磁芯（外）磁盤會話式的高級語言工業、商業及家庭1946年，為彈道設計需要由美國賓夕法尼亞大學研制出世界上第一臺計算機，稱為電子數字積分器與計算器。(electronicnumericalintegratorandcalculator－ENIAC)現代計算機與ENIAC的對比占地面積m2重量，ton耗電，kw造價×104US￥PC10.0150.50.1ENIA算機軟件技術的發展軟件是計算機的靈魂。從功能上講，計算機軟件大致可分為基礎軟件和應用軟件。基礎軟件：操作系統、編程語言；應用軟件：數據庫、人工智能、計算機圖形學、數據壓縮等。（1）操作系統發展：早期為命令方式，如今為圖形方式。界面越來越友好，操作越來越方便。（2）編程語言發展：最初為機器語言、匯編語言、算法語言，如今為程序設計語言，功能越來越強大。（3）數據庫：它是計算機信息系統與應用系統的核心技術和重要基礎。歷經三代：第一代：網狀、層次數據庫系統；第二代：關系數據庫系統；

第三代：面向對象模型為主要特征的數據庫系統。（4）人工智能（AI）的發展：誕生于1956年。

20世紀70年代前后，人工智能飛速發展，借助計算機啟發式編程方法建立過程模型，同時建造了專家系統。

80年代中期，人工智能發展進入困境，人工智能方法僅限于模擬人類智能活動中使用成功的經驗知識所能處理的簡單問題。

90年代，所謂的符號主義、連接主義和行為主義3種方法并存，再加上人工智能系統引入交互機制，系統的智能水平得到提高。目前的發展現狀：智能水平很高，但離人們期望的發展水平還相差很遠。（5）計算機圖形學的發展：產生于20世紀50年代，但發展慢，應用僅局限于某些專門領域。如今發展飛速，已在計算機輔助設計和繪圖、辦公自動化、電子出版、地理性息系統領域得到廣泛應用。

材料是人類社會進步的里程碑石器時代青銅時代鐵器時代石頭、棉花陶瓷、青銅鋼、鐵18世紀19世紀20世紀蒸汽機電動機高分子材料

復合材料

陶瓷金屬材料樹脂、尼龍復合材料、陶瓷一百萬年前約8500年前13-14世紀人類對微觀世界的操縱－原子操縱術量子柵欄的掃描隧道顯微鏡（STM）圖像材料、能源和信息稱為當代文明的三大支柱。作為當代文明的三大支柱之一，可見其在當今社會中所占據的重要位置。既然如此重要，那么什么是材料？（材料是人類用于制造物品、器件、構件、機器或其他產品的那些物質。）材料科學：以材料的組成、結構、性能、制備工藝和使用性能以及它們之間相互關系為研究對象的一門科學。這也是材料研究者的共同使命。因此，材料科學的四個要素包括：成分、組織、性能、合成/制備。Synthesis

&Processingcomposition,crystalgrowth,thermaltreatment,etc.Structuremicro-,nano-,molecular,crystalPropertieselectronicmechanicaloptical,etc.Composition

材料的分類：組成與結構——金屬材料、無機非金屬材料、有機高分子材料和復合材料等；性能和作用——結構材料和功能材料；用途——建筑材料、能源材料、電子材料、耐火材料、醫用材料等。下面簡單介紹一些新材料：（1）超導材料超導材料是20世紀人類最偉大的發現之一。超導體具有零電阻和完全抗磁性的特性，對電流傳輸無能量損耗，是一種理想的導電材料。超導材料包括低溫超導材料和高溫超導材料。奇特的物理、化學和力學性能。第三階段：納米組裝體系、人工組裝合成的納米結構體系。（3）生物醫用材料生物醫用材料簡稱生物材料，是指以醫療為目的，用于診斷、治療、修復或替換人體組織器官或增進其功能的材料。組成：高分子、金屬、陶瓷、天然材料、復合材料。第一代：20世紀60-80年代，基于工業化的材料與生物相容性，開發出第一代生物醫用材料。比如：骨釘、骨板、人工血管等。第二代：20世紀80-90年代，生物材料研究的重點逐漸由生物惰性轉向生物活性，開發了第二代生物醫用材料。活性材料能夠在生理條件下發生可控的反應，并作用于人體。使活性材料植入位置和宿主組織不再存在明顯的界面區分。第三代：20世紀90年代至今，能在分子水平上刺激細胞產生特殊應答反應，從而開發出第三代生物醫用材料。（4）能源材料能源材料包括儲能材料、節能材料、能量轉換材料和核能材料。

①相變儲熱材料利用通過控制相變可逆的吸放熱過程達到儲熱的目的材料。②高效節能電熱膜材料

用熱傳導式加熱技術，電熱轉換效率達到95%，且加熱速度快。主要有半導體膜、有機和無機復合電熱膜。③吸附材料基礎氫材料通過吸附效應產生能量轉換，或通過儲氫材料的吸、放氫過程實現能量轉換。④燃料電池材料利用燃料電池進行的電化學過程，達到高的能量轉換效率，比如氫能發電。(2)材料科學研究中的計算機模擬計算機模擬的概念：根據實際體系在計算機上進行模擬實驗，通過將模擬結果與實際體系的實驗數據進行比較，可以檢驗模型的準確性，也可以檢驗由模型導出的解析理論所作的簡化近似是否成功。優點：在某些情況下，計算機模擬可以部分地代替實驗。計算機模擬對于理論的發展也有重要的意義。(3)材料工藝過程的優化及自動控制材料加工技術的發展主要表現為控制技術的飛速發展。微型計算機和可編程控制器在材料加工過程中的應用正體現了這種發展趨勢。計算機技術、微電子技術和自動控制技術相結合，使工藝設備、檢測手段的準確性和精確度都大大提高。計算機在材料加工中的應用不僅可以減輕勞動強度，而且可以改善產品質量和精度，提高產量。

(4)計算機用于數據和圖像處理材料科學研究在實