几十年的材料研发变革，将材料工程从耗时耗力的试错实验的 "发现材料 "转变为由计算工具、“CALPHAD（相图计算）类型的科学数据库（又称材料基因数据库）”和计算指导的实验构成的 "智能材料设计"。近年来，随着不同尺度的计算工具和相关数据库的快速发展，材料设计已成为材料科学、冶金、物理、化学、地质、生物技术等不同学科的研究热点。最重要的趋势是整合多尺度计算工具，如 CALPHAD 技术、原子尺度的第一性原理计算、介观尺度的相场模拟和宏观尺度的有限元分析用于材料设计。然而，迄今为止出版的大多数相关书籍都没有体现这一重要趋势。也没有明确如何使用这些多尺度的计算工具和相关的数据库逐步设计工程材料。上述两个空白呼吁一部新著作来填补。
剑桥大学出版社2023年出版的专著《工程材料的计算设计：基础与案例研究（ISBN 9781108494106）》应运而生。本书的独特点在于，首次在单卷书中用约一半的篇幅详细介绍用于工程材料设计的各种计算方法，并用另一半篇幅逐步演示各种工程材料的设计案例。本书由来自这些领域的六位专家组成的协作团队共同编写而成，因此所有的章节、方法和案例研究都是相互联系的，并存在适当的相互参考，避免内容重复。
此外，本书尽可能使用通俗语言解释介绍计算热力学、热物性质、第一原理计算、介观尺度模拟方法和晶体塑性有限元等基础知识，因而适合具有一般科学或工程背景的非专业读者深入了解这些计算工具，以便了解其适用性并评估相关结果。同时，本书特别突出了 CALPHAD 及其科学数据库对材料设计的重要作用。最近埃隆·马斯克的特斯拉公司成立了一个材料应用小组，以加速设计传统合金的替代品从而实现更高水平的全系统优化，这也反映了 CALPHAD 和相关数据库的极其重要性。
本著作详细描述了各种材料的设计案例，包括钢、轻合金、超合金、硬质合金、硬涂层和能源材料的“逐步”设计方法。这些案例研究详细展示了如何设计真实世界的材料，设计方法的普适性可对其他工程材料的计算设计提供参考。
在线辅助材料提供了案例研究相关的计算设计软件的输入文件。这些辅助材料为读者提供了模拟过程和模型软件的实际操作经验。模拟软件考虑领先的免费试用/教育版，相关的软件包也附上。执行和重复书中展示模拟的分步说明将进一步加深理解材料设计的方法和实例。
Computational Design of Engineering Materials:
Fundamentals and Case Studies
Authors: Yong Du, Rainer Schmid- Fetzer, Jincheng Wang, Shuhong Liu, Jianchuan Wang, Zhanpeng Jin
精装版 | ISBN:9781108494106
本书面向材料科学与工程领域的研究生和本科生以及非专业研究人员，包括金属材料、冶金和化学，旨在成为各种工程材料设计的入门书和参考书，是材料界和相关领域的学生、工程师和研究人员的 "必备读物"。
《工程材料的计算设计》对于一本材料科学领域的书籍来说，是一个很有野心标题！但作者使其名副其实！他们仔细解释了原子模型，如密度泛函理论和分子动力学模拟，然后再介绍中间尺度的方法，如细胞自动机、CALPHAD、多相场和相场-晶体方法。本书部分章节涉及案例研究，使内容更加详实。这些案例涉及不同的材料，如钢、铝和镁合金以及超级合金，还有不同的应用实例，如硬质涂层或能源材料。本书最后讨论了对未来发展的畅想，重点领域在 ICME（综合计算材料工程）和 MGI（材料基因组计划）。本书是材料界学生和工程师的 "必备书"。
——Georg J. Schmitz
领英研究员
作者合照
杜 勇
中南大学教授
他于1992年获得中南大学博士学位。1993年至2003年，他在东京工业大学、巴塞罗那大学、克劳斯塔尔工业大学、维也纳大学和威斯康星大学麦迪逊分校继续研究。入选国家自然科学基金委 "国家杰出青年"、教育部 "长江讲座教授"、国家自然科学基金委 "创新研究团队" 负责人、国家973基础研究计划负责人。他是 CALPHAD 和 Journal of Phase Equilibria and Diffusion 的副主编。曾获湖南省自然科学一等奖1项，国家自然科学三等奖1项，APDIC（合金相图国际委员会）最佳论文奖1项。
Rainer Schmid-Fetzer
德国克劳斯塔尔工业大学荣誉教授
他于1977年在克劳斯塔尔工业大学获得博士学位。1982年至1984年在麦迪逊威斯康星大学的研究，在克劳斯塔尔工业大学担任讲师和教授，1994年在法兰克福戴姆勒奔驰公司研究所的微电子和微系统部门，1997年在麦迪逊威斯康星大学担任客座教授，于2015年退休。凭借冶金和物理学的背景，他在热力学、凝固、界面反应和设计合金的应用方面赢得了许多学术荣誉。他是 ASM 国际的研究员，并获得英国 IOM3的 Hume-Rothery 奖和美国 TMS的William Hume-Rothery 奖，J. Phase Equilibria and Diffusion 的副主编，并担任 International Journal of Materials Research 的顾问委员。
王 锦 程
西北工业大学教授
2001年在西北工业大学获工学博士学位，2002-2004年在日本国家物质材料研究机构（NIMS）从事博士后研究，2009和2010年在日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）作访问学者。目前主要从事材料多尺度模拟计算、机器学习与合金设计及增材制造等方面的研究工作。曾先后主持多项国家自然科学基金、国家重点研发计划、科技部973课题等研究工作，以第一作者或通讯作者身份发表 SCI 学术论文150余篇，在 Nat Commun、Acta Mater、IJP 等国际著名期刊发表了一系列研究论文。
刘 树 红
中南大学教授
2010年获中南大学材料学博士学位。2006年在维也纳大学物理化学研究所从事合作科研。2010年-2011年在德国亚琛工业大学材料化学所从事博士后研究。主要研究方向为轻合金的相图热力学及热物性质的实验测定和 CALPHAD 计算以及基于热力学理论和电化学实验的镁合金耐腐蚀性能能研究。先后主持/参与国家自然科学基金、国家重点研发计划及973项目，发表 SCI 论文140余篇。
王 建 川
中南大学副教授
2012年于中南大学获材料学专业博士学位。主要从事第一性原理计算及分子动力学模拟，重点专注储氢材料和锂电池材料。主持国家自然科学基金面上及青年项目，参与中德合作项目和国家重点研发项目等。目前已在 Phys. Rev. B，Phys. Rev. Mater. 等期刊发表论文50余篇。
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