[摘 要]隨著(zhù)材料科學(xué)與計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，兩個(gè)學(xué)科之間的聯(lián)系日益密切。計算機技術(shù)中的人工智能技術(shù)可用于新材料的設計與研發(fā)工作，計算機模擬技術(shù)也已廣泛應用于各種材料成型工藝。此外，材料和工藝過(guò)程的優(yōu)化和自動(dòng)控制也可以通過(guò)計算機技術(shù)實(shí)現，計算機技術(shù)在新材料的開(kāi)發(fā)和設計中發(fā)揮著(zhù)越來(lái)越重要的作用，其實(shí)力和作用不容小覷，在日后的研究工作中，我們應該注重對計算機技術(shù)的利用，結合優(yōu)勢來(lái)更好地發(fā)展材料科學(xué)。
[關(guān)鍵詞]材料科學(xué);計算機技術(shù);工業(yè)生產(chǎn)
如今，隨著(zhù)材料科學(xué)研究的不斷深入和應用的日益廣泛，其在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著(zhù)越來(lái)越重要的作用。材料科學(xué)研究不僅在傳統材料的應用方面取得了重大進(jìn)展，而且在新材料的研究方面也取得了很大的進(jìn)步。作為信息時(shí)代的基本工具，計算機在我們生產(chǎn)和生活的各個(gè)領(lǐng)域都發(fā)揮著(zhù)至關(guān)重要的作用。在材料科學(xué)的相關(guān)研究中所起的作用也變得越來(lái)越重要，例如，測量鋼鐵工業(yè)中的高爐溫度，監測高爐中流體的運動(dòng)并推測高爐的使用壽命等。如今，中國大多數行業(yè)都在向精細化和完整化方向發(fā)展，對計算機的需求也在不斷增加。因此，不可否認的是，計算機技術(shù)在材料科學(xué)中具有廣闊的應用前景。將計算機技術(shù)，如計算機模擬技術(shù)，數值計算技術(shù)和三維可視化仿真技術(shù)應用于材料科學(xué)領(lǐng)域，將極大地促進(jìn)材料科學(xué)領(lǐng)域的研究和生產(chǎn)。
計算機技術(shù)可用于設計新材料。通常，設計新材料的步驟是：通過(guò)理論分析和計算預測新材料的組成成分，結構外觀(guān)和性能。然后結合材料設計方案制造具有特定性質(zhì)或結構的新材料。 材料設計主要通過(guò)反復試驗和大面積篩選完成，需要花費較長(cháng)的時(shí)間和大量的人力物力。因此，如今人們越來(lái)越多的使用人工智能技術(shù)識別計算機中預先建立的知識庫和數據庫，并總結大量的物理化學(xué)理論和實(shí)驗數據，將其作為理論輔助，并結合實(shí)驗驗證的方法來(lái)進(jìn)行材料設計。
此外，計算機模擬技術(shù)也發(fā)揮了重要作用。計算機模擬技術(shù)已廣泛應用于各種材料成型工藝，包括液態(tài)成型、塑性成型、接頭成型、高分子材料成型、粉末冶金成型和復合材料成型。計算機模擬技術(shù)在材料成形加工中的應用使得材料工藝從定性描述慢慢過(guò)渡為定量預測，為材料加工和新工藝的開(kāi)發(fā)提供理論基礎和首選解決方案，對于制造模式有著(zhù)重要的作用。靈活地使用計算機模擬方法，是進(jìn)行新材料的性能預測與設計的首要問(wèn)題。所謂的模擬方法，即建立一種科學(xué)方法，用類(lèi)似于自然現象的模型間接研究原始規律性。計算機模擬作為一種重要的科學(xué)研究手段，已應用于學(xué)術(shù)研究的諸多方面，取得了豐碩的成果。
近年來(lái)，計算材料科學(xué)取得了顯著(zhù)的進(jìn)步，其在材料科學(xué)與工程領(lǐng)域中日益廣泛的應用令人興奮。不同空間和時(shí)間尺度的材料建模，數值計算和視覺(jué)模擬已成為研究的一個(gè)分支，有時(shí)甚至起著(zhù)無(wú)法比擬的關(guān)鍵作用。 工作表明，使用數值分析和可視化定量計算機模擬來(lái)研究材料的微觀(guān)結構不僅顯著(zhù)促進(jìn)了材料科學(xué)的發(fā)展，還在驗證和改進(jìn)體視學(xué)的相關(guān)理論及模型的方面發(fā)揮著(zhù)重要作用。就體視學(xué)和計算材料科學(xué)之間的關(guān)系而言，材料的微觀(guān)結構是多種多樣的，并且會(huì )或多或少地偏離體視學(xué)原理適用的假設條件。一方面，體視學(xué)基于統計模型，表達一種平均的概念，但是材料中的顯微結構大多數不是均勻分布。如何通過(guò)低維組織結構參數的不均勻性來(lái)衡量高維空間的相應非均勻性是體視學(xué)面臨的一個(gè)大問(wèn)題。另一方面，材料的微觀(guān)結構隨著(zhù)外部條件（如溫度，時(shí)間，壓力等）而變化，而體視學(xué)分析是靜態(tài)的，無(wú)法給出顯微組織在二維及以下空間與三維空間中演化規律的動(dòng)態(tài)對應關(guān)系。與上述體視學(xué)的局限性相比，計算機模擬具有明顯的優(yōu)勢。使用三維可視化仿真技術(shù)，可以通過(guò)其他方式虛擬生成最接近實(shí)際材料組織結構的模型。充分利用計算機科學(xué)與技術(shù)，特別是現代先進(jìn)的計算機圖像處理技術(shù)，可以根據需要容易地剖取三維仿真組織不同空間取向的截面、進(jìn)行三維直接測量，這不僅直接提供了組織三維表征參量，而且可以更準確地找到相應的二維截面表征參量。這為驗證體視學(xué)相關(guān)方法的可靠性創(chuàng )造了極其科學(xué)和方便的條件。
自20世紀80年代初以來(lái)，材料顯微組織模型化和演變過(guò)程的仿真主要集中在材料科學(xué)問(wèn)題的分析上?？梢灶A期，如果采用微結構的模擬設計來(lái)指導高科技材料的制備，可以減少大量的試驗性試驗，并且可以顯著(zhù)縮短材料的開(kāi)發(fā)周期。這與國際上工程材料和工業(yè)產(chǎn)品的性能逐漸提高，而成本卻日益下降的趨勢不謀而合。
材料和工藝過(guò)程的優(yōu)化和自動(dòng)控制也可以通過(guò)計算機技術(shù)實(shí)現。近20年來(lái)計算材料學(xué)的快速發(fā)展，在材料科學(xué)與工程領(lǐng)域起到了不小的推動(dòng)作用。一方面，協(xié)助理論研究，深入理解一些重要的材料學(xué)現象，如擴散，相變，沉淀，再結晶，超塑性等; 另一方面，模擬技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到一定程度，可以智能地設計實(shí)驗，甚至能夠取代一些實(shí)驗，使研究工作更加嚴謹和有效。
總之，計算機技術(shù)在新材料的開(kāi)發(fā)和設計中發(fā)揮著(zhù)越來(lái)越重要的作用。 計算機技術(shù)的實(shí)力和作用不容小覷，在日后的研究工作中，我們應該注重對計算機技術(shù)的利用，結合它的優(yōu)勢來(lái)更好的發(fā)展材料科學(xué)。
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