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北理工ICME團隊在材料微結構設計領域取得新進展


  目前,國際材料領域頂級期刊《先進材料》(Advanced Materials)報道了北京理工大學前沿交叉科學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構設計領域的原創性研究成果,題目為“Hybrid magnetic micropillar arrays for programmable actuation”。北京理工大學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王正直副教授(第一作者)和賓夕法尼亞州立大學陳龍慶教授。

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建了一種高濃度漂移擴散模型,揭示了結構-性能的關系:顆粒梯度分布能減小表界面區域的失配應力集中,在保持各自力學強度的同時,將抗疲勞性較均質表界面提高了一個量級,并指導實驗制備出具有大尺度梯度分布的鐵磁性納米柱。通過調節磁性納米顆粒在高彈性微柱基體內的空間分布,實現了對微柱的局部剛度和磁致驅動力沿微柱軸向的精準調控。結合理論預測、實驗表征和模擬計算,發現在相同的磁場驅動條件下,顆粒的不同分布(均勻分布、向柱根分布、和向柱尖分布)可導致微柱的變形量變化一個量級以上。該工作充分體現了材料微結構設計在先進智能材料與結構開發中的重要地位,為刺激響應結構的程序化調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,北京理工大學前沿交叉科學研究院特別研究員,博士生導師。主要從事相場模擬材料微觀結構演化研究,發表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),利用開發的相場模型與國內外團隊合作發表論文30余篇(Science, Nat. Common., PRL等)。開發的模型源代碼已集成于商業軟件μ-Pro,為材料研發提供理論支撐。在介觀尺度,相場方法可模擬鐵電、鐵磁和鐵彈材料的疇結構演化,材料的凝固過程枝晶生長,金屬和陶瓷顆粒燒結動力學、核材料缺陷演化和腐蝕等。先后主持自然科學基金、科技部重點研發計劃子任務、國防基礎科學挑戰計劃子課題、北京市“青年托舉工程”等5項。擔任第一屆“相場與集成計算材料工程會議”理事會常務理事、中國硅酸鹽學會青年工作委員會委員和北京市硅酸鹽學會理事等。

  

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