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《解析材料学》科普说明
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本篇科普文发在《金属》版本。因为在《物理》发过多篇论文，因此把这篇“科普”文也转发一下，请版主批准。正文如下： -------------------- 《解析材料学》（第二版）发布之后，我觉得我理论基本逻辑理顺了，也说得比较明确了，所以转头去搞更高层级的材料，比如高分子。现在看，还是要适当做一些理论科普级别的说明，以方便更多人理解。 一、工程物理物质形态分层简述 对于工程物理来说，其实根底物理物质形态很简单，就是质子、中子、电子这三个，光子基本上只参与相互作用，而不构成工程物理的物质组成。由这个逻辑，最小的物质态是氢原子。其他所有工程物理能够涉及到的物质态，都是三大基本粒子一层层叠梁架屋垒起来的。这些垒起来的层级，大致可以分为如下： 第一层：氢原子，即氢核 第二层：元素周期表，即从氢核开始，原子核由一个质子，开始增加质子中子，核子三维空间堆叠。一路延伸到最重的铀核。 第三层：元素相互结合形成各种态的物质，单质（分子、原子晶格等）——这一层会形成宏观单质组合物，比如石墨烯金刚石，以及人工提取的各类高纯度单质物质态。 第四层：多元素原子晶格/小分子组合物：多种元素的小分子化合物、合金原子晶格、笼目等。 第五层：化学/生物官能团组合物。 第六层：多元素大分子组合物：化学大分子、生物高分子 以上分层为简单罗列。真到了具体材料上，要进行专项的物质分层，这样才能对应物理特性。 说明一下，从氢原子基态向上组成复杂物质的这种多层体系，符合递归极值特性。这个我在我的理论中已证明。 二、现代工程物理在材料学上问题 现代工程物理，基本上都只能在上述分层的本层内，形成独立理论。孤立效应很强。比如研究力学性能的不管磁学效应的，研究热性能的不管电效应。更别提跨层以公式关联的物理特性。在跨层公式能力上，目前来看，合金金属的毫米级到宏观这个尺度，也即合金位错尺度到材料宏观性能，这一层级的物理逻辑和经验数理公式比较多了。其他层级比较少。至于多场耦合，目前正在作为前沿理论，以试验试错方式，建立相应的材料数据库来进行推进。大分子领域跨层理论则相对独立，也相对完备。 三、《解析材料学》穿透物理层级的理论手段 由前面的论述可知，现代工程物理材料学最大的困境，就是整个知识层级的理论孤岛效应。没有系统的公式体系将整体工程物理物质体系从电子质子中子一路穿过n层，一路穿透到高分子。不把这些层的物质层用公式“串”起来，那自然无法实现从原子尺度到位错尺度到高分子领域乃至宏观性能的计算。 而我的《解析材料学》，做的就是这个“穿透”工作： 第一层：氢原子，即氢核。我以电子参数作为唯一标定，计算了氢原子基态能量，精度为0.00015%。而且我能说明精度偏差的高阶物理因素是什么，未来这些高阶因素纳入计算的话，有机会进一步提升精度。 第二层：元素周期表，即从氢核开始，原子核由氢核，开始增加质子中子并三维空间堆叠。一路延伸到最重的铀核。这一层级我证明了元素周期表实验幻数必然性，同时证明了核子数20时原子核内结构会发生相变。这就穿透了元素周期表。 第三层：元素相互结合形成各种态的物质，单质（分子、原子晶格等），按照单质物理特性推导单质标度律公式，其中公式由单质原子核参数锁定。这就穿透了从原子核到单质物质的层级。这个方向上，我在硅材料上做了一些工作。详见：《解析材料学》（第二版）硅材料部分。https://muchong.com/t-16731335-1 第四层：多元素小分子/原子晶格组合物：这一层我推导了多成分/组分混合标度律，其中公式以成分元素原子核参数锁定。这就穿透了多元素物态体系。这个方向上，我在合金金属领域做得工作比较多，各种功能合金的通用公式，主要工艺通用公式等，都已经推导出来，而且做了很多的新配方新工艺计算。详见：《解析材料学》（第二版）合金金属部分。https://muchong.com/t-16731335-1 第五层：官能团组合物。目前正在尝试推导，如果成功，可以形成一个基础功能团通用公式表。以后推导复杂化学和生物高分子，只需要调用官能团公式映射表就行了。这就比较容易了。。。但这个工作很难。算力不够，官能团的物理特性很复杂，不熟悉很难把握。不过理论路线是明确的，现代物理也有很多跨层公式可以借用。 第六层：多元素大分子组合物：各种溶液、胶体、高分子固体等，这个方向前段时尝试了一下pi薄膜镀铜的工艺，这东西用在固态电池上。其中推导pi这种高分子的方程，给我累坏了。。。实在是太难了。好在最终pi公式出来，验证精度还是足够工程物理使用的。详：《pi-cu复合集流体技术方案说明书》。https://muchong.com/t-16757173-1 由此，我的理论穿透了从质子中子电子层级到高分子层级这些物质层，因此我的理论，具备从元素原子核特性计算到宏观性能的力热电磁化宏观特性，也可以从宏观性能要求，反推到元素层来完成成分和组分设计。整体计算过程完全是解析方式。这是我把我的理论命名为《解析材料学》的原因。 那么我的理论靠谱吗？？？？ 对于现代主要依靠经验公式的工程物理来说，我个人认为，只要验证精度够，公式不问出处，没有不用的理由。而我在合金方程上的基础验证精度如下：弹性模量平均预测误差0.72%（74种合金），电阻率4.2%（12组），矫顽力6.5%（10组），腐蚀电流密度8.1%（10组），热导率4.5%（8组），热膨胀系数3.8%（8组）。。。 从验证精度看，我觉得我的理论是立得住足的。这是我敢来小木虫论坛公开它的原因。当然，这不证明我的理论就对，凡有学术质疑和否定，才是新生理论的常态。所以任何的学术批评我都能接受。当然，这不包括无理由无意义的学术歧视。 四、理论范式转变 我的解析材料学，与现代材料学理论，存在范示上的根本区别。这一点请读者深切注意。 五、认知我的理论和我论文的读法 不建议像读教材一样啃。 建议关注大逻辑。比如我在本文上面提到物质层“穿透”逻辑。 顺着这个大逻辑，把物理和数学逻辑的公式体系理清楚。列一个树状公式列表。我这套理论就可以用了。 至于实用，关注公式是否符合物理特性，关注边界条件。比如钢材，性能的多场耦合要算，供材加工制作运输服役等工况决定的边界要素等最好也梳理出来，纳入计算模型，进行全域全程计算。即使如此，试验验证也不可替代，必须实验验证之后，相关计算结论才能正式使用。 祝材料研发制作使用愉快！！ |
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