北理工ICME团队在材料微结构设计领域取得新进展


  目前,国际材料领域顶级期刊《先进材料》(Advanced Materials)报道了北京理工大学前沿交叉科学研究院集成计算材料工程ICME王俊升教授团队的黄厚兵特别研究员在铁性材料微结构设计领域的原创性研究成果,题目为“Hybrid magnetic micropillar arrays for programmable actuation”。北京理工大学黄厚兵特别研究员是该文的共同通讯作者, 其它两位通讯作者是武汉大学王正直副教授(第一作者)和宾夕法尼亚州立大学陈龙庆教授。

图1 A模拟纳米柱中磁性颗粒分布图,B磁性颗粒浓度分布图,C磁场下纳米柱受力图D和E 磁致微柱弯曲的理论与实验对比图

  为了探究多场耦合作用下的磁颗粒畴运动机制,黄厚兵特别研究员构建了一种高浓度漂移扩散模型,揭示了结构-性能的关系:颗粒梯度分布能减小表界面区域的失配应力集中,在保持各自力学强度的同时,将抗疲劳性较均质表界面提高了一个量级,并指导实验制备出具有大尺度梯度分布的铁磁性纳米柱。通过调节磁性纳米颗粒在高弹性微柱基体内的空间分布,实现了对微柱的局部刚度和磁致驱动力沿微柱轴向的精准调控。结合理论预测、实验表征和模拟计算,发现在相同的磁场驱动条件下,颗粒的不同分布(均匀分布、向柱根分布、和向柱尖分布)可导致微柱的变形量变化一个量级以上。该工作充分体现了材料微结构设计在先进智能材料与结构开发中的重要地位,为刺激响应结构的程序化调控提供了普适的思路和方法。

  论文全文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202001879

 

附黄厚兵特别研究员简介:

  黄厚兵,北京理工大学前沿交叉科学研究院特别研究员,博士生导师。主要从事相场模拟材料微观结构演化研究,发表SCI论文80余篇,其中第一或通讯作者论文47篇(包括Adv. Mater., Mater. Horiz., Acta. Mater.等),利用开发的相场模型与国内外团队合作发表论文30余篇(Science, Nat. Common., PRL等)。开发的模型源代码已集成于商业软件μ-Pro,为材料研发提供理论支撑。在介观尺度,相场方法可模拟铁电、铁磁和铁弹材料的畴结构演化,材料的凝固过程枝晶生长,金属和陶瓷颗粒烧结动力学、核材料缺陷演化和腐蚀等。先后主持自然科学基金、科技部重点研发计划子任务、国防基础科学挑战计划子课题、北京市“青年托举工程”等5项。担任第一届“相场与集成计算材料工程会议”理事会常务理事、中国硅酸盐学会青年工作委员会委员和北京市硅酸盐学会理事等。

  

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