先進材料測量技術及標準規范研究重大項目指南

　  先進材料已越來越廣泛地應用于航空航天、國防等高科技領域。有效地建立先進材料力學行為的標準規范對實現其高效率使用意義重大。為此需要研究先進材料的宏觀力學行為與其微結構的關聯規律，需要系統地建立跨尺度力學理論體系，并將跨尺度力學理論體系應用于對先進材料強度、韌性以及破壞性能的評判與性能設計。跨尺度力學理論體系不僅要繼承連續介質力學體系的優勢（即具有可有效表征先進材料跨尺度力學行為的獨立力學參量，同時成為建立先進材料力學行為標準規范的基礎），而且還要涵蓋先進材料的微觀信息并充分反映微結構的作用機制。因此，分別從微觀離散力學體系模擬與觀測出發和從連續介質跨尺度力學理論表征出發，研究表征先進材料的跨尺度力學行為、先進材料的微觀結構對宏觀力學行為的影響機制、微觀離散體系與宏觀連續介質跨尺度力學理論體系的關聯方法、先進材料及結構的跨尺度力學性能的測量技術等。針對航空航天及國防等高技術領域所涉及的先進熱障涂層體系，將跨尺度力學理論用于對其強度、韌性和破壞機制的表征、評價及指導其性能設計等。

　　一、科學目標

　　通過項目的實施，期望實現如下科學目標：系統地建立連續介質跨尺度力學理論，獲得可有效刻畫材料跨尺度力學行為的普適可測的材料參量；建立跨尺度力學行為材料參量的測量原理和測量技術；采用建立的跨尺度力學理論可有效地表征先進材料的跨尺度力學行為，進一步建立先進材料力學行為的評判標準和性能設計規范，解決制約先進材料重大工程應用的關鍵力學問題，獲得對先進熱障涂層強韌設計的有效指導；通過將微觀力學行為的離散模擬體系與連續介質跨尺度力學理論體系進行等效，建立兩種體系的尺度關聯方法，實現離散理論體系與連續介質跨尺度理論體系間的無“鬼力”界面關聯。

　　二、研究內容

　　（一）先進材料跨尺度力學行為的表征理論和測量原理。

　　計及應變梯度及表界面效應的連續介質跨尺度理論的普適性；特征尺度參量和表界面能密度與微結構幾何特征及微觀物理參量的關系；采用高分辨率電子顯微鏡技術，觀測納米晶體微結構及微缺陷的形成與演化規律，系統地揭示層錯能和變形能的演化規律；基于跨尺度理論對納米結構材料變形行為的大規模數值模擬和實驗驗證；研究多個材料參量同時存在時的表征方法；研究材料參數的普適性和可測性；系統地建立同時計及表界面效應與應變梯度效應的連續介質跨尺度理論的有限元方法。

　　（二）先進材料跨尺度力學性能的高精度測量技術和表征。

　　針對跨尺度力學理論中的力學參量，發展探針微加載和微位移精密控制測量技術和方法；綜合高分辨率電子顯微技術、原位光學和光譜類技術以及微/納探針技術，表征微納測量時的物理吸附與化學吸附等耦合效應；利用微納實驗操縱技術，研究一維納米材料與其它器件連接和接觸的基本力學與化學耦合問題；構建光譜類方法表征納米結構力學性能的理論框架，解決光譜測量技術中的材料力學參量測量的關鍵技術，提高測量精度。

　　（三）先進材料力學性能的高分辨率觀測方法和應用。

　　基于同步輻射光學測量技術，研究不同機制的納米分辨顯微成像技術，包括透射、衍射和折射成像技術，建立圖像信息與被測材料微結構的關聯；研究試件精確定位和原位加載技術；研究圖像的快速同步采集、三維重構和動態顯示技術；基于同步輻射新型光源的納米分辨三維結構檢測表征平臺，結合微力傳感器系統發展納米界面層的結構定量表征技術和微納米陣列三維變形觀測技術。

　　（四）先進熱障涂層體系的強韌和破壞機制的標準規范研究。

　　與航空航天部門密切合作，將跨尺度力學理論應用于對先進熱障涂層體系的強度、韌性和破壞機制的表征、評價及性能設計，探討建立先進熱障涂層體系力學性能的標準規范。

　　三、申請注意事項

　　（一）申請書的附注說明選擇“先進材料跨尺度力學行為的理論體系、測量技術及標準規范研究”。

　　（二）申請人申請的直接費用預算不得超過2000萬元/項（含2000萬元/項）。

　　（三）本項目由數理科學部負責受理。