材料多尺度结构的力学设计与三维组装

        材料是人类文明进步的基石。航空航天等现代工业的发展历史表明，每一代新材料的出现，都将推动原有装备的技术革新。过去新材料的研制路径主要遵循材料科学引领，相关学科（例如力学）跟进的方式。力学工作者通常只能在材料学家合成好的材料基础上进行性能分析，而自身却很难创造出一种完全崭新的材料。这种局面是由学科知识特点以及技术发展水平所决定的。近年来，随着先进计算设计与数字化制造技术的大力发展，不同学科间的交叉融合愈来愈紧密，一种由力学牵引、力学与制造协同推进的新材料研发范式正在孕育和发展之中。在这种新的范式下，力学家们可以通过对不同原材料的自下而上组装——形成三维空间中跨越多个尺度的层级结构，创建出具有优异性能的宏观材料，而不必要求原材料本身具有多么突出的力学性能。新范式下诞生的材料能够利用组分的复合化与结构的层级化集高强度与高韧性等矛盾属性、结构与功能特性于一身，从而具备媲美天然生物材料优异综合性能的潜力。新的研发范式不同于以往材料学家主导的、以试错为主的经验模式，而以力学等较为严密理论体系为支撑，带有显著理性特征，允许研究人员根据具体服役需求(力、电、磁、声、光、热等)理性设计材料属性，从而极大缩短新材料的研制周期，丰富现有工程材料的性能空间。

        新的研发范式极为强调先进制造所应具有的强大能力，从而能够高效实现理想中的多组分多层级结构设计方案。然而，目前以三维打印为代表的数字化制造手段及相应材料体系还很不成熟。一方面，目前能够实现的组分种类很有限；另一方面，对于材料高效使用至关重要的材料成分、微观结构、制备工艺与服役性能间的映射关系，目前还极为匮乏。课题组当前围绕材料多尺度结构的力学设计与三维组装方向开展理论、计算与实验研究，主要关注以下几个方面的内容：（1）多相材料组装的新原理与新方法；（2）材料强韧化与智能化的多尺度结构设计；（3）材料宏细微观力学行为；（4）基于先进材料的微型飞行器设计。欢迎动手能力强或理论分析能力突出、有志于科研工作的同学联系咨询。