多主元合金具有優(yōu)異的物理、化學(xué)和生物性能，在結(jié)構(gòu)、功能和智能材料方面表現(xiàn)出巨大的潛力。然而，由于其廣泛的成分組成空間以及成分主導(dǎo)的復(fù)雜微觀組織結(jié)構(gòu)，使得依賴于科學(xué)直覺(jué)與“試錯(cuò)”的傳統(tǒng)材料研發(fā)模式已很難適用。因此，如何實(shí)現(xiàn)以性能為導(dǎo)向的多主元合金成分與微觀結(jié)構(gòu)協(xié)同高效設(shè)計(jì)將是一個(gè)極具挑戰(zhàn)性的科學(xué)問(wèn)題。

為此，湖南大學(xué)方棋洪教授聯(lián)合中南大學(xué)劉詠教授、俄羅斯別爾哥羅德州立大學(xué) N. Stepanov 教授和美國(guó)田納西大學(xué) P.K. Liaw 教授以“第四范式”（基于材料科學(xué)理論、數(shù)據(jù)科學(xué)以及人工智能技術(shù)的材料智能化設(shè)計(jì)）材料設(shè)計(jì)策略為基礎(chǔ)，提出了一種融合機(jī)器學(xué)習(xí)、物理定律和力學(xué)模型的多級(jí)材料設(shè)計(jì)方法。與現(xiàn)有的物理模型或機(jī)器學(xué)習(xí)輔助的材料開(kāi)發(fā)模式相比，提出的多級(jí)設(shè)計(jì)方法能夠以更高效率、更高精度解決包括識(shí)別多主元合金目標(biāo)性能和挖掘最優(yōu)成分在內(nèi)的正逆問(wèn)題，為先進(jìn)材料的高效低成本設(shè)計(jì)提供了一個(gè)重要的理論及應(yīng)用框架。

亮點(diǎn) 1: 提出了耦合機(jī)器學(xué)習(xí)、物理定律以及力學(xué)模型的材料多級(jí)設(shè)計(jì)策略。

圖 1A 為高強(qiáng)高韌多相多主元合金的優(yōu)化設(shè)計(jì)流程圖，圖 1B 展示了在正逆問(wèn)題中，一步設(shè)計(jì)策略與多級(jí)設(shè)計(jì)策略的比較。

亮點(diǎn) 2：建立了具有強(qiáng)魯棒性、高準(zhǔn)確性的機(jī)器學(xué)習(xí)多主元合金相結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)模型及具有普適性的強(qiáng)度預(yù)測(cè)力學(xué)模型。

圖 2A 為不同物理特征下各種機(jī)器學(xué)習(xí)算法的預(yù)測(cè)性能的比較，圖 2B 為不同多主元合金屈服強(qiáng)度模型計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)對(duì)比。

亮點(diǎn) 3：高效、低成本地開(kāi)發(fā)了具有優(yōu)異強(qiáng)韌性組合的雙相多主元合金。

圖 3A 展示了新開(kāi)發(fā)的合金與其他多主元合金系統(tǒng)的延展性與屈服強(qiáng)度的對(duì)比，圖 3B 展示了多級(jí)設(shè)計(jì)策略與現(xiàn)有的材料設(shè)計(jì)技術(shù)的成本和效率對(duì)比。

• Performance-oriented multistage design for multi-principal element alloys with low cost yet high efficiency
  Jia Li, Baobin Xie, Li Li, Bin Liu, Yong Liu, Dmitry Shaysultanov, Qihong Fang*（方棋洪，湖南大學(xué)）, Nikita Stepanov*（別爾哥羅德州立國(guó)立研究大學(xué)） and Peter K. Liaw
  Mater. Horiz., 2022
  http://doi.org/10.1039/D1MH01912K

  

  
  

李甲 副教授

主要開(kāi)展航空發(fā)動(dòng)機(jī)用多主元合金的強(qiáng)韌化機(jī)制及服役性能。以第一作者或通訊作者 Materials Horizons、Acta Materialia、Nano Letters、International Journal of Plasticity、Cell Reports Physical Science、Journal of Materials Science Technology 等學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表多篇研究論文。

解寶霦 博士

主要研究方向?yàn)橄冗M(jìn)合金智能化設(shè)計(jì)。

李理 博士

主要研究方向?yàn)橄冗M(jìn)合金多尺度力學(xué)建模。

方棋洪 教授

湖南大學(xué)

主要研究方向?yàn)橄冗M(jìn)材料與結(jié)構(gòu)力學(xué)。在 Journal of the Mechanics and Physics of Solids、Materials Horizons、Acta Materialia、Advanced Materials、International Journal of Plasticity、Cell Reports Physical Science 等力學(xué)和金屬材料期刊上發(fā)表學(xué)術(shù)論文 200 余篇。發(fā)展了概率依賴的多尺度析出相強(qiáng)化理論；提出了高熵合金雙向相變實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)韌的方法；揭示了高熵合金晶格畸變與析出相協(xié)同強(qiáng)化機(jī)理；建立了超高速精密加工高質(zhì)量表面的預(yù)測(cè)模型。獲全國(guó)優(yōu)秀博士學(xué)位論文提名獎(jiǎng)、教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才、教育部霍英東青年基金、湖南省杰出青年基金、湖南省自然科學(xué)二等獎(jiǎng)等。受邀擔(dān)任 Journal of Micromechanics & Molecular Physics 副主編以及《力學(xué)進(jìn)展》、《力學(xué)與實(shí)踐》、Scientific Reports 編委，中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)教育工作委員會(huì)、青年工作委員會(huì)委員。

Nikita Stepanov 教授

主要研究高熵合金的設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)表征及力學(xué)性能開(kāi)發(fā)。在國(guó)際期刊 Corrosion Science、Scripta Materialia、Materials Research Letters、Materials Science and Engineering A 等發(fā)表了 100 余篇學(xué)術(shù)論文，被引用超過(guò) 4500 次，H 指數(shù) 35。2018 年獲得 Scopus Awards Russia 獎(jiǎng)。