材料基因组集成计算与合金设计
鲁晓刚
上海大学材料学院
摘要
高通量实验-计算-数据库的深度融合是“材料基因组”计划的核心研究内容。高通量计算与高通量实验获得的高精度海量数据，为数据挖掘和分析提供了大量样本和素材，加速高精度实用工程数据库的开发。融合了基于第一性原理计算、原子分子尺度的动力学模拟、热力学计算、扩散动力学模拟以及有限元分析等方法的多尺度集成计算，将极大地推进新材料的研发进程和工程应用。高精度数据库与高通量集成计算不可分割，二者共同构成了材料基因组集成计算框架。
构建材料的热力学、动力学计算体系及相关物理数据库是集成计算和材料设计的基础。计算热力学（CALPHAD）方法是目前进行材料热力学建模、开发具有工程实用价值的材料热力学、扩散动力学、热物理性能等材料基础物理数据库的最有效手段。本工作运用材料基因组集成计算方法，在开发CALPHAD数据库的基础上，针对Fe-C基和Ni-Co基合金，进行了材料设计的尝试。
DOI：10.12110/firstfmge.20171121.115
1992年本科毕业于中南（工业）大学材料科学与工程系，1995年获中南(工业)大学硕士学位。之后在金展鹏院士课题组从事相图计算及材料设计工作。2005年获瑞典皇家工学院博士学位。自2005年起就职于瑞典Thermo-Calc Software 公司，负责材料热力学及动力学数据库、扩散动力学模拟软件的开发工作。期间运用CALPHAD方法及第一性原理计算，系统研究了钢铁、铝基及镍基材料中合金元素的热膨胀性质，开发完成了目前业内最完善的体积数据库。2011年入选上海市高校特聘教授（“东方学者”），回国就职于上海大学材料学院。目前致力于材料热力学集成计算的理论研究、合金动力学模拟研究，以及多组元扩散、点阵常数、弹性模量等CALPHAD数据库开发。
2011年12月，应邀参加在北京举行的以探讨“材料基因计划”为主题的香山科学会议第S14次学术讨论会，并做题为“材料组织性能的计算模拟平台”的邀请报告。全程参与了中国科学院、工程院关于“材料基因”重大咨询项目的咨询报告编撰工作，并负责中国科学院“材料基因”咨询项目中“计算热动力学及材料设计数据库”方向。2013年，与清华大学朱静院士和钢研总院王卓博士一起作为特邀编辑，组织编辑了《科学通报》“材料基因计划”专辑（2013年第58卷35 期）及随后的“材料基因”计算模拟应用专题（2014年第59卷10 期）。该专辑入选国内第一份英文版综述性学术期刊National Science Review（中国科学院院长白春礼先生亲任主编）的RESEARCH HIGHLIGHTS栏目。作为特邀编辑，在Journal of the Chinese Ceramic Society的2014年创刊号上组织了“材料基因”进展专题。
目前担任中国材料研究学会计算材料学分会第三届委员会委员；中国物理学会相图专业委员会委员；Journal of Iron and Steel Research, International（《钢铁研究学报》英文版）编委会委员。承担国家科技重大专项子课题、自然科学基金面上项目、国家重点研发计划“材料基因工程关键技术与支撑平台”专项课题等研究任务。