新生研讨课调研报告——电子信息与材料科学

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新生研讨课调研报告：当电子信息技术遇上材料科学——材料基因技术

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电子科技大学格拉斯哥学院2017级 李雯钰
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在信息技术飞速发展的今天，技术进步和产业发展对材料革新的依赖日渐增强。材料科学是一门基于实验的基础学科，传统的材料科学研究方法是“提出假设-实验验证”的顺序进行，重复的试错过程使新材料的研发十分耗时费力，如何快速高效的研发新材料，改良现有材料成为了材料研究的急需解决的问题。“材料基因技术”作为材料研究的新方法，与传统方法相比更具有可操作性，也更省时省力。成为了近年来各国材料研究的重点之一。
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什么是材料基因技术？
材料基因技术是材料科学与电子信息科学等多学科的交叉产物，其通过高通量材料计算模拟，高通量材料实验表征，和材料基因大数据库的建立等手段来缩短研发周期，降低研发成本。
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材料基因技术已有哪些具体应用？
组合材料芯片技术经过20年的发展，在许多领域都有成功的应用案例，以合金材料为例，随着时代的进步，工业发展对各种不同特点，不同性能的合金材料的需求与日俱增。由于合金材料组成复杂，新合金材料的研发在传统实验室中往往需要5-6年的时间，此时，材料基因技术在制备和筛选材料上的速度优势就突显了出来。
斯坦福大学的Han等采用四靶磁控溅射法在镀有氮化物阻挡层的Si基底上制备了呈线性梯度分布的Ti-Al合金组合材料样品库，并随后通过能谱分析和透射电子衍射分别表征了基因芯片的成分和物象分布。实验测试阶段，他们通过纳米压痕仪和原子力显微镜测试并绘制了以Al，Ti成分组成为坐标，材料硬度为变量的关系图，并分析得出了基因芯片硬度变化趋势与块体材料硬度变化趋势一本相同，验证了该方法的有效性。
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材料基因技术的未来展望？
材料基因工程技术作为一种新方法，新理念，多学科交叉点，其在国内的发展刚刚起步，还有许许多多的问题亟待解决。这些问题不仅仅涉及材料科学，更需要物理气相沉积，图像处理等多领域的知识助力解决。通过建设完善的高通量计算模拟、高通量实验样品制备与表征、以及数据库等技术，并基于已有的海量实验数据结果，充分利用人工智能与大数据库，或许在不久的将来，材料的制备与改良将可以依赖AI进行完全按需设计，高效研发。
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为了对材料基因技术有更深刻的了解，同时也为了能够更早的接触科研，我也走进了我校材料基因与先进能源实验室进行进一步的学习，从薄膜材料芯片镀膜前对基片的清洗，到镀膜时对气压的监控记录，都进行了近距离操作学习。在最近短暂几星期的学习中，我看到了材料学与电子信息技术的结合所产生的更多可能，也了解了在材料芯片研究过程中，诸如磁控溅射阴影效应等种种难关，对自己的专业以及学科交叉点的延伸有了更加深入的理解
大学生的我，通过新生研讨课这个平台，对自己的专业有了更多的理解与畅想，意识到了学科交叉点在生活生产中无处不在，也进一步对未来电子信息+的无限可能性更加坚定。
参考文献
【1】Han S M, Shah R, Banerjee R, et al. Combinatorial studies of mechanical properties of Ti-Al thin films using nanoindentation[J]. Acta Materialia,2005, 53(7): 2059-2067
【2】项晓东，汪洪，向勇，闫宗楷 组合材料芯片技术在新材料研发中的应用 R730.58 A 10.398/j.issn.1000-7857.2015.10.006