时间悄然滑入十二月,北京的冬天用干燥的冷风和铅灰色的天空宣示着主权。
未名湖面结了一层薄薄的、不甚坚实的冰,反射着微弱的天光。
校园里的学子们裹紧了羽绒服,行色匆匆,期末的氛围开始悄然弥漫。
然而,对张诚而言,时间的流逝有着另一重更紧迫的意义——系统任务的倒计时。
在成功攻克蛋白质折叠的局部难题,将任务进度推进到(35)后,他没有丝毫停歇,立刻根据联合培养小组不断更新的项目清单,锁定了第四个目标。
这一次,他选择了一个更具工程应用背景,但同样深陷理论泥潭的项目。
项目名称:面向下一代高飞行器的新型热防护材料多尺度设计与性能优化
牵头单位:北京航空航天大学材料科学与工程学院、物理科学与工程学院
项目难点:项目组致力于设计一种新型非烧蚀型高温陶瓷基复合材料,以应对极端气动热环境。
在材料设计的微观尺度(原子分子模拟)与宏观性能(如热导率、力学强度、抗热震性)预测之间,存在巨大的尺度鸿沟。
现有跨尺度模型在描述材料缺陷(如空位、晶界)演化及其对高温下热-力-化学耦合行为的影响时,严重依赖经验参数,预测精度差,无法有效指导实验筛选。
亟需展一种物理机制更清晰、预测能力更强的跨尺度理论关联模型。
接触状态:项目负责人(北航赵刚教授,材料学专家)经联合培养小组沟通后,表示愿意尝试,但强调工程问题的“实用性”
导向,对纯理论介入持谨慎乐观态度。
与复旦陈静宜教授的审慎不同,北航的赵刚教授给人的感觉是雷厉风行,带着航空航天领域特有的务实与紧迫感。
视频会议中,他身后的白板上还残留着复杂的材料结构图和数据分析曲线。
“张诚同学,客套话就不多说了。”
赵刚教授开门见山,语很快,“我们这个问题,说白了就是‘看不清也算不准’。
微观模拟算得慢,而且结果往往和宏观实验对不上。
我们需要一个‘翻译官’,能把原子层面的物理化学过程,更准确地‘翻译’成我们工程师关心的宏观性能参数。
听说你擅长用数学工具解决这类跨尺度问题?”
“赵教授您好,我确实对多尺度建模和关联分析有些兴趣。”
张诚沉稳回应,并未因对方的直接而慌乱,“能否请您更具体地介绍一下,目前跨尺度关联模型中,哪个环节的偏差最为显着?或者说,在哪些关键性能的预测上,现有模型与实验结果的背离最让您困扰?”
赵刚教授显然欣赏这种直指问题核心的交流方式。
他立刻调出几张图表,重点指出了在预测材料在经历极端热循环后,其热导率衰减率和抗热震临界温差时,模型预测与实测数据存在数量级上的差异。
“我们怀疑问题出在微观缺陷的演化及其对声子传输(热导)和应力集中(力学)的影响上。”
赵刚教授的一名博士生补充道,“但现有的模型要么过于简化,忽略了缺陷间的相互作用;要么引入了太多难以准确测量的拟合参数,导致模型失去了预测价值。”
张诚迅抓住了关键点:缺陷演化、多物理场耦合、跨尺度关联的鲁棒性。
这又是一个典型的复杂系统问题,但其物理图像和数学描述,与蛋白质折叠截然不同。
这里涉及的是固体物理、统计力学和非平衡态热力学。
初步沟通后,张诚再次投入到对新领域知识的快汲取中。
他研读了北航团队提供的材料模型、缺陷动力学理论以及大量令人沮丧的预测-实验偏差数据。
同时