计算材料学进展与趋势
材料科学的新进展和发展前景
材料科学的新进展和发展前景材料科学是一门研究材料的结构、性能和制备的学科，是现代工业和科技发展不可或缺的重要领域。
在过去的几十年里，材料科学研究已经取得了巨大的进展，不断推动着科技进步和人类文明的发展。
本文将探讨材料科学的新进展和发展前景。
一、材料科学的发展历程材料科学的发展历程可以追溯到人类文明的起始阶段，从最早的石器到当今的高新技术材料，人类不断地寻求着更好的材料用于生产和生活。
然而，真正的材料科学学科始于20世纪初，随着科学技术的不断发展，材料科学的研究领域也不断拓展。
传统的材料科学研究包括金属、陶瓷、聚合物等材料的制备、加工和性能研究，近年来，材料科学的研究领域已经不断拓展，涉及到新型材料、纳米材料、生物材料等多个领域。
二、新型材料新型材料是近年来材料科学研究的热点领域之一。
新型材料指的是在传统材料基础上，通过改变结构、制备方法等方式制备而成的材料。
新型材料具有传统材料所没有的特殊性能，比如高强度、高韧性、高温稳定性、阻尼性等。
目前，新型材料包括以碳纳米管、石墨烯等为代表的碳纳米材料、以半导体材料为代表的光电材料、以超导材料、磁性材料等为代表的功能材料等。
这些材料的应用涉及到电子信息、能源、生物医学等多个领域。
三、纳米材料纳米材料是指粒径小于100纳米的材料。
由于其特殊的尺度效应和表面效应，纳米材料表现出了许多传统材料所没有的特殊性质。
比如，纳米金属材料具有高比表面积和电导率，纳米陶瓷材料具有高强度和韧性，纳米复合材料具有多功能性。
目前，纳米材料已经广泛应用于制备纳米电子器件、生物传感器、新型催化剂和高强度材料等领域。
四、生物材料生物材料是指与生物体相互作用的材料，如医用材料、生物纳米材料、生物仿生材料等。
生物材料的特殊性质是在兼顾生理相容性和机械性能的前提下，具有优异的治疗效果和生物相容性。
目前，生物材料已经广泛应用于骨科、牙科、心脑血管等大型组织移植领域，为人类健康和医学研究带来了巨大的贡献。
计算材料学;介观尺度;进展
计算材料学；介观尺度；进展
计算材料学是一种应用计算机模拟和数值计算方法来研究材料性质和行为的学科。
在材料科学领域中，计算材料学的研究范围包括材料的结构、性质、合成、加工和性能等方面。
其中，介观尺度是计算材料学研究的重要尺度之一，它指的是材料中微观结构和宏观性质之间的中间尺度。
近年来，计算材料学在介观尺度研究方面取得了许多进展。
以下是介观尺度计算材料学研究的一些进展：
1. 材料缺陷和断裂行为的模拟：计算材料学可以通过模拟材料中缺陷和断裂的行为，揭示材料的疲劳性能和耐久性能等重要性质。
例如，通过分子动力学模拟，可以研究材料中缺陷的形成和演化过程，进而预测材料的断裂行为。
2. 材料的结构优化：计算材料学可以通过结构优化来设计新型材料。
例如，通过密度泛函理论计算，可以优化材料的电子结构和晶体结构，从而设计出具有特定性质的新型材料。
3. 材料的界面和表面性质研究：计算材料学可以研究材料的界面和表面性质，如界面能、表面能和界面扩散等。
这些性质对材料的性能和应用具有重要影响。
例如，通过分子动力学模拟，可以研究材料的表面扩散行为，从而预测材料的生长和腐蚀行为。
4. 材料的热力学性质研究：计算材料学可以研究材料的热力学性质，如热容、热导率和热膨胀系数等。
这些性质对材料的热稳定性和热传导性能具有重要影响。
例如，通过分子动力学模拟，可以研究材料的热膨胀系数，从而预测材料在高温环境下的变形行为。
总之，计算材料学在介观尺度研究方面取得了许多进展，这些进展为材料科学的发展和应用提供了重要支持。
计算材料学的新进展和应用前景
计算材料学的新进展和应用前景在过去的几十年中，计算材料学已经成为了材料科学的一个重要分支。
借助于计算机技术的进步，计算材料学能够从原子、分子的层面上理解和预测材料的性质和性能，为研究人员提供了非常重要的辅助。
近年来，计算材料学领域的研究取得了许多令人瞩目的进展。
首先，计算材料学在材料制备和设计中具有重要的作用。
通过计算和模拟，可以预测材料的晶体结构、稳定性、热力学性质、力学性质等各种性能，为材料的制备提供了很好的指导。
例如，新材料的设计需要考虑许多因素，如合成条件、原子组成等。
这些因素都可以通过计算得到最优解，从而加快新材料的开发速度。
其次，计算材料学在材料性能优化中也发挥了重要作用。
材料的性能优化需要通过调整材料的组成和结构来实现。
计算材料学可以模拟材料的结构和组成，并估算材料的性能。
通过这种方法，研究人员可以快速确定对材料性能有影响的因素，并找到优化方案。
例如，太阳能电池的效率可以通过优化材料的能带结构来提高，计算材料学为此提供了很好的途径。
此外，计算材料学还可以帮助预测材料在不同条件下的性能变化。
例如，预测材料在高温、高压、放射线等极端条件下的结构和性能，这对于材料在极端环境中的应用来说非常重要。
同时，还可以模拟材料在不同环境下的寿命和稳定性。
这类研究为材料的应用提供了足够的保障。
总体来说，计算材料学是一个非常有前景的领域。
随着计算机技术的提高和新算法的开发，我们能够从原子、分子和晶体结构的角度来理解和预测材料的性质和性能。
这种方法不仅能够加速材料研究的进程，而且还为新材料的开发和材料性能的优化提供了很好的途径。
同时，计算材料学还能为材料应用提供重要的理论支持和实验指导，从而推动材料科学的发展。
当然，计算材料学中还有很多挑战和困难需要克服。
例如，目前计算材料学还难以准确地模拟大尺寸、复杂的材料系统，计算误差较大，需要不断地发展更加精确和高效的算法和方法。
此外，计算材料学与实验研究之间的结合还需要进一步加强，以促进计算和实验之间的相互协作和探索。
计算材料学的新进展
计算材料学的新进展材料学是应用自然科学和工程技术原理研究物质的学科，涵盖材料的合成、结构、性能和应用。
随着计算机技术的进步和材料科学研究的深入，计算材料学作为材料计算领域的一个重要分支，在材料研究和开发方面发挥着极其重要的作用。
在过去的几十年中，计算材料学不断取得新的进展，本文将从材料模拟、高通量计算和人工智能三个方面介绍计算材料学的新进展。
材料模拟材料模拟是材料计算领域中最常用和最重要的工具之一，它可以通过计算和模拟材料分子结构、能量状态和行为等方面来研究材料的性质和行为。
常用的材料模拟方法包括分子动力学、量子力学、密度泛函理论和经验势场等。
其中，分子动力学是材料模拟中应用最为广泛的方法之一，它可以模拟材料分子的运动轨迹和相互作用，从而研究材料的结构和性质。
近年来，基于深度学习的新型材料模拟方法正在崛起。
相关研究表明，与传统材料模拟方法相比，基于深度学习的方法具有更高的精度和更快的计算速度。
例如，研究人员开发了一种基于深度学习的材料模拟方法，称为“深度强化学习驱动的分子动力学”，它可以通过深度强化学习技术优化材料模拟的效率和速度，进而提高模拟材料行为的精度和可靠性。
高通量计算高通量计算是指使用高性能计算技术进行大规模计算和数据处理，以快速提取并分析材料数据的方法。
高通量计算可以帮助材料研究人员快速筛选出可能的材料或材料组合，并通过挑选具有最优性能的材料来提高材料的设计和开发效率。
最近，高通量计算在材料研究和开发中得到了广泛的应用。
例如，研究人员使用高通量计算方法对大量材料进行筛选和分析，发现了一种新型镁锰氧化物材料，可以用于高性能钠离子电池的制造。
此外，高通量计算还可以应用于材料的合成和制备过程中的优化和控制，从而提高材料制备的效率和质量。
人工智能人工智能是指利用计算机程序和算法来模拟人类智能和决策能力的领域，近年来也开始应用于计算材料学。
人工智能技术可以分析和处理大量的材料数据，并快速从中提取特征，进而进行材料性能预测和材料设计。
计算材料科学的发展现状
计算材料科学的发展现状领域简介计算材料科学是一门基于计算机模拟技术，研究材料性质和材料设计优化的交叉学科。
其主要目的是将材料科学与计算机科学相结合，用计算手段探索材料的内在规律和特性，进而开发新材料、改良材料性能等。
随着材料科学的不断发展，计算材料科学已经成为一个独立并蓬勃发展的领域。
其发展计算材料科学的发展最早还是在上世纪六七十年代，随着计算机硬件与计算方法的快速发展，计算材料科学逐渐走向成熟。
十年后，计算材料科学已经发展成为一种独立的学科，并在新材料和高技术材料的发展中扮演了重要角色。
从这时起，计算材料科学发展速度加快，同时吸引了大量的科研团队、公司、机构进行投入。
到了21世纪，计算材料科学已经成为材料科学的重要分支之一，国内外大量研究机构和公司都在积极开展相关领域的研究开发。
发展现状近年来，计算材料科学在物理学、化学、材料学等学科中发挥出了愈来愈重要的作用。
计算材料科学的快速发展得益于高性能计算及大数据等技术的应用。
对于材料研究来说，计算材料科学的出现，这正是一次重大的革命和进步。
如今，计算材料科学已经可以应用于各个领域，包括材料设计、制造、功能和性能的优化等，成为材料科学研究的重要工具和方法。
其中，材料计算在固态物理、化学、矿物学、材料科学与工程等学科领域中发挥了重要的作用。
例如：研究材料电子结构、光学性质、热力学性质、物理力学性质等，发展高强度、高韧性、高温抗氧化、高性能和低成本新材料。
大量的科研团队对如何在应用程序、计算方法和模拟结果等级别上对计算进行彻底评估进行了探究研究。
此外，还有研究者对计算材料科学的实验研究进行了大量探究，以期能够对计算科学在实践中的方法做出适当的改进和提升。
未来展望计算材料科学的未来发展趋势将会在以下三个方面展现：首先，计算材料科学将会在从原材料到产品全过程中发挥更加关键的作用，这将对材料产业生产线的数字化升级、智能化提升发挥重大作用。
其次，计算材料科学如今已经广泛应用于先进材料领域，将来还将在医疗、电子等领域中广泛应用。
计算材料学的进展及其应用
计算材料学的进展及其应用计算材料学是一门交叉学科，它将计算机科学、物理学、化学和材料科学融为一体，以计算机模拟和计算为手段，探索材料的性质和行为规律。
随着计算机技术的不断发展，计算材料学已经成为现代材料科学的重要分支之一。
本文将从计算材料学的基本理论、方法和工具入手，介绍计算材料学的进展及其应用。
一、计算材料学的基本理论计算材料学的基本理论是材料原子结构与其宏观性能之间的内在联系。
材料的宏观性质由其原子结构所决定，即原子与原子之间的相互作用决定了材料的物理性质，而原子的结构和能量则由它们之间的化学键和局部环境所决定。
因此，计算材料学的核心任务就是建立原子模型和分子动力学模拟方法，研究材料的结构稳定性、力学性质、电子性质和热力学性质等各方面的特征。
二、计算材料学的方法和工具计算材料学的方法主要包括从头算方法和经验势函数方法。
从头算方法是一种基于量子力学原理的计算方法，它通过解决薛定谔方程来研究材料的性质和行为规律。
经验势函数方法是一种基于实验数据和经验规律的计算方法，它通过拟合材料的原子间势能和电子结构来模拟材料的性质。
这两种方法各有优缺点，可以根据具体问题选择使用。
计算材料学的工具主要包括量子化学软件、分子动力学软件和先进计算机设备。
量子化学软件可以用于模拟材料的电子结构和光电响应性质；分子动力学软件可以用于模拟材料的结构和动力学行为；先进计算机设备则可以提供大规模计算和高精度模拟的支持。
三、计算材料学的应用计算材料学已经在多个领域展现出了广泛应用价值。
下面列举几个典型应用案例。
1. 材料发现与设计。
计算材料学可以用于预测新材料的结构、稳定性和性质，辅助材料的发现与设计。
例如，通过基于密度泛函理论的材料计算，可以预测出新型能量储存材料的性质，进一步为新能源领域的技术研发提供指引。
2. 材料性能优化。
计算材料学可以用于研究材料的性能与结构之间的关系，发现结构优化方案，提高材料的性能。
例如通过模拟和优化材料缺陷，可以提高半导体材料的导电性和光电性能。
材料科学的研究现状与未来趋势
材料科学的研究现状与未来趋势材料科学是研究各种材料的结构、性质、制备以及应用的科学，在现代化生产和生活中应用极其广泛，是现代科技的重要基础和核心。
材料科学的发展已经历了多个阶段，而当前，又面临着许多新挑战与机遇。
本文就材料科学的研究现状及未来趋势进行了探讨。
1. 材料科学的研究现状目前，材料科学的研究已经形成了多学科交叉的格局。
从基础研究领域来看，有固体物理、化学、材料科学与工程等学科在进行着材料的研究。
同时，在应用领域，材料科学则与自然科学、工程技术以及医学等领域密切相关。
在实际应用中，材料科学广泛应用于航空航天、汽车工业、电子与信息技术、医学与生命科学等领域。
近年来，人工智能、大数据、量子计算等技术的广泛应用，也给材料科学的研究带来了新的机遇和挑战。
通过利用大数据分析技术，可以更好地理解和控制纳米结构、晶体缺陷等因素对材料性能的影响；借助人工智能技术，可以开发出更高效的材料设计和优化方法，并实现自动材料探索。
除此之外，材料科学的研究还面临着许多其他挑战，例如材料的高温高压、极端环境下的性能研究、材料的可持续性及环保性等。
这些研究难点，都需要跨领域团队的合作，同时，也需要材料科学的理论和实验研究相结合，才能真正得到解决。
2. 材料科学的未来趋势从未来趋势来看，有以下几个方面值得关注：（1）新材料的发展与应用随着科学技术的不断发展，新材料的研究也将越来越重要。
新材料的开发涉及到许多重要领域，例如能源、环保、医疗等。
各国正在加强对新材料的研究和开发，推进新材料的发展和应用。
而具体来说，新材料的研究重点将可能会集中于可持续性和环保方面，例如绿色材料和生物降解材料等。
（2）复合材料的研究复合材料是由两种或多种原材料组合而成的材料，比如纤维增强复合材料。
复合材料具有优良的性能和应用价值，因而得到了广泛的应用。
未来，复合材料的研究将可能会更多地关注其性能改善和多功能性方面，同时，也将更多涉及到不同领域、不同材料的复合和集成。
计算材料学与材料科学的发展趋势
计算材料学与材料科学的发展趋势随着科技的不断发展与进步，计算材料学逐渐成为材料科学领域中的一大热门话题。
计算材料学指的是利用计算机软件和硬件等技术手段，通过计算模拟的方法对材料的性质、结构、功能等进行研究和预测，以此推动材料科学领域的发展。
而材料科学则是研究各种材料的结构、性质、制备技术和应用等方面的学科。
本文将旨在探讨计算材料学和材料科学在未来的发展趋势。
一、计算材料学的发展趋势在计算材料学的研究中，高通量计算成为一个热门领域。
高通量计算利用高性能计算机和大规模并行计算技术，对材料性质进行丰富的计算模拟，以便更加全面地掌握材料的特性和机理。
同时也可以对材料进行大规模的筛选，为新型材料的研制提供更加高效的方法。
此外，人工智能技术的广泛应用也为计算材料学提供了新的思路。
通过深度学习等人工智能技术，可以更加快速地进行大量的计算，并深入研究各种复杂的材料性质。
不仅如此，人工智能技术还可以帮助科研人员从海量的数据中找出规律，大幅提高研究效率和数据分析的准确性。
这为未来的材料研究带来了新的方向和前景。
二、材料科学的发展趋势随着科技的日新月异，新的材料越来越多地进入到人们的日常生活中。
而未来材料科学的一个发展方向就是可持续发展材料。
可持续发展材料主要是指那些在制备过程中对环境负担较小，寿命久、使用过程中损耗低、易于回收再利用的新型材料。
这一方向的发展符合环保节能的发展趋势，而这些材料的研究在未来也将成为材料科学领域中的一项重要任务。
另外，纳米材料也是未来材料科学的一个重要研究方向。
纳米材料具有体积小、表面大、量子效应等独特的性质，这些性质使得纳米材料具有广泛的应用前景。
在未来，新型纳米材料的开发将成为材料科学领域关于新型材料研究的一大发展方向。
三、计算材料学与材料科学的结合未来的材料科学研究将会与计算材料学的研究密不可分。
计算材料学的模拟与预测为材料科学的研究和发展提供了更加准确和快速的方法，并为新型材料的开发与制造提供了理论基础。
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计算材料学进展与趋势计算材料学是近20年来，随着计算科学与技术的飞速发展，材料科学与物理、化学、数学、工程力学诸多学科相互交叉与渗透产生的一门新兴学科。
计算材料学的内涵可以粗略概括为：根据材料科学和相关科学基本原理，通过模型化与计算实现对材料制备、加工、结构、性能和服役表现等参量或过程的定量描述，理解材料结构与性能和功能之间的关系，引导材料发现发明，缩短材料研制周期，降低材料过程成本。
根据研究对象的空间和时间尺度不同，材料计算的方法也有很大差别：研究材料的电子结构的方法有基于密度泛函理论的第一原理，常见的有计算固体材料的周期性体系的能带计算方法和孤立体系如分子簇方法，这些方法主要用于求解体系的基态电子结构和性质，近年来也发展了一些用以研究含时间的或激发态的电子结构方法。
第一性原理方法由于直接基于基本的物理原理而不依赖于经验参数，因而具有很强的预测性，在未来合成材料之前先预测其可能的性质，因而对材料的设计具有很强的指导意义，近年其应用得到迅速发展，如金属中合金化效应的预测、金属间化合物中合金原子占据位置的预测、缺陷复合体的电子结构与性质的预测等，但由于其计算中考虑了电子的自由度，其运算量极大，所能研究的体系的尺度很小；在原子层次上研究材料行为常常采用原子力学或分子动力学方法，这些方法考虑原子间以一定的势函数相互作用，忽略了电子的自由度，可对更大的体系进行计算模拟，并可对静态或动态的原子机制提供了有效的途径；介观层次上对体系的模拟近年来有较快的发展，如合金中的相变微观组织演化过程可采用相场动力学或原胞自动化方法，这些方法使人们能够定量地描述不同过程中的组织变化的动力学规律，探索不同因素对微观组织形成的作用；宏观层次上的计算模拟常常采用有限元和有限差分方法，这些方法已经被广泛用语解决材料工程的实际问题，可为实际工艺的设计提供定量化的指导。
对于不同的过程其发生的时间尺度也是迥然不同的，相应需要采用不同的模拟方法。
对于许多材料的性质，常常由几个层次的结构来决定，因而近年来将不同方法结合起来的多尺度方法受到广泛的重视。
关于近年来材料模拟的全面发展和具体研究方法可参考文献（YIP S(editor). Handbook of Materials ,New York: Springer,2005）。
计算材料学的最终目标是实现新材料设计和材料制备与加工相关工艺的优化。
进展美国在关键材料集成设计基础研究方面，美国21世纪初启动了著名的“材料加速熟化”计划，组织了数十家产学研机构，选定喷气发动机用高温金属材料和飞机用先进复合材料两大目标，针对共性基础问题和难点问题，开展计算模拟与实验验证密切结合的集成设计与研制，其总目标是加速材料熟化，使新材料从启动研究到工程应用的周期缩短1/2，总成本降低1/3。
该计划列出了需重点研究的材料集成设计相关基础问题，如1跨尺度计算模拟的关联方法；2金属—金属界面结构与物理性质及环境影响；3复杂合金体系中微观组织演化动力学4多晶体塑性与应力状态的动力学描述。
美国西北大学G.B.Olson等人采用多层次计算模拟方法，发展了由纳米晶粒计算直至结构性能预测的自下而上耦合程序，先后设计出性能优异的航天飞机轴承用耐热碳钢和新型高强度飞机起落架（OLSON G putational design ofhierarchically structured materials. Science,1997(277):1237.）。
在低维半导体材料方面,美国海军实验室和明尼苏达大学合作，通过第一原理计算突破了先前CdSe半导体无法掺杂Mn的结论，发现掺杂效率由动力学因素决定且与表面构型和表面活性剂有关；由此他们预言了特定的掺杂方法并指导实验成功制备出掺Mn的CdSe半导体材料(ERWIN S C,ZU L J,HAFTEL M I,EFROS A L,KENNEDY T A,NORRIS D J.Doping semiconductor nanocrystals.Nature,2005(436):403)。
在纳米材料领域，美国乔治亚工学院与德国慕尼黑大学合作，通过第一原理计算，预言MgO表面特定空位可以增加从表面到金颗粒的电荷转移，并同时增加纳米颗粒和表面的结合，使金纳米颗粒呈现强烈的催化活性。
这一预测被实验工作所证实，从而对设计高性能催化剂发挥了决定性的指导作用（YOON B,HAKKINENH,LANDMAN U,WORZ A S,ANTONIETTI J-M,ABBET S,JUDAI K,HEIN U.Charging effects on bonding and catalyzed oxidation of CO on Au8 clisters on MgO.Science,2005(307):403）。
美国俄亥俄州立大学采用相场动力学和第一原理等多层次集成模拟，基于细致的实验观察建立模型，考虑了外力、化学作用（扩散对成分及自由能的改变）及内应力同时作用时的自由能的变化，研究了Ni基高温合金在应力作用下长期蠕变过程中的微观组织演化，揭示了r/r'合金中的漂筏结构形成的位错相关机制，对于不同的应力状态和界面错配度，得到了与实验观察完全符合的r'形貌，并给出了晶体内应力的微观分布，为Ni基单晶高温合金不同使役过程中组织和力学性能变化的控制及成分设计提供了重要参考（ZHOU N,SHEN C,MILLS M J,WANG Y.To be submitted to Acta Mater.）。
目前，这类理论与实验紧密结合的研究模式正在被应用于研究其他工程合金中复杂的微观组织演化过程。
欧洲在材料计算理论与方法方面具有很强的优势，其基于第一原理的电子结构计算研究一直处于世界领先地位。
欧盟及其前身自20世纪80年代以来对该领域持续资助，2003年启动“迈向原子层次材料设计”综合计划，组织了包括研究生在内的约2000名欧洲科研人员，分列15个专题工作组，重点开展以下五方面研究：提高计算精度；扩大可计算系统尺寸；拓展包括材料设计在内的计算应用领域；纳米结构与纳米电子学；晶界与表面。
该计划在广度上重视第一原理方法在新材料如生物系统和纳米结构中的应用，在深度上重视发展电子强关联系统的第一原理方法，以克服密度泛函理论在居于密度近似下的缺点。
目前该计划已取得重大进展，例如，瑞典乌普萨拉大学最近发展了第一原理相干势近似方法（VITOS L,KORZHAVYI PA,JOHANSSON B.Stainless steel optimization from quantum mechanical calculations.Nature Mater,2002(2):25.），使得采用第一原理方法计算无序固溶体合金性质成为可能，在复杂合金体系计算材料科学方面取得突破。
此外，英国政府对材料计算模拟在改造、升级材料产业过程中的作用极为重视，英国工贸部2001年发布《英国的预测性材料模拟》专题报告，部署相关研究计划和人才培养措施。
法国国家研究中心（CNRS）的研究人员提出的位错动力学方法用于实际材料的变形，如疲劳、蠕变等，过程中，对大量位错的自组织结构的形成机制及其对力学性质的影响进行了细致研究，这种方法以位错段为基本单位，将位错线离散化为小单位，通过计算其初始构性在长程弹性相互作用和局部作用（包括湮灭、产生、割阶、耦极子的形成等）以及外力作用下的运动（包括滑移、攀移、交滑移、增殖等），给出整体位错群的结构演化，可同时处理大量位错的集体行为。
该方法已成功应用于研究晶体辐射损伤缺陷对材料强度的影响，塑性形变局域化等的形成机制，HCP结构柱面滑移引起的低温应变硬化的根源等，通过这类位错动力学模型，人们对位错集体行为获得了更深入的了解（MONNET G,DEVINCRE B,KUBIN L P.Dislocation study of prismatic slip systems and their interractions in hexagonal close packed metals : application to zirconium.Acta Mater,2004(52):4317.）。
日本的材料计算模拟研究与材料开发相结合的特色突出，各大公司均有专门从事这方面工作的团队。
例如，丰田公司研究中心2003年在第一原理计算指导下，发现某些钛合金同时满足键级数值为2.87，d电子轨道能级为2.45eV，平均电子浓度在4.24三个条件时具有奇异的性能组合，在此基础上设计了Ti-Ta-Nb-V-Zr-O系合金，它在400℃温度范围内热膨胀系数基本不变，是制造精密仪器的理想材料，在外空探测等领域具有重要应用范围（SAITO T FURUTA T,HWANG,J-H,et al.Multifunctional alloys obtained via a dislococation-free plastic deformationmechanism.Science,2003(300):464）。
日本国立材料研究所自20世纪90年代以来，结合高温钛合金、贵金属耐热合金、超级钢、纳米结构与分子开关等实验研究计划开展了深入、持续的计算材料设计研究。
日本东北大学材料计算中心早在2001年建成当年世界排名第15位的万亿次超级计算机，开发了高精度的TOMBO第一原理计算软件，近年来在改进计算精度和新型纳米结构与分子器件设计等方面开展了深入的研究工作。
自20世纪90年代以来，我国对计算材料学的发展给予高度关注，相关研究先后获得国家自然科学基金、国家科委攻关、“863”等计划的资助，已从早期个别单位的单项研究，发展成为具有一定规模的多专业、跨学科、多层次的联合研究，形成了较稳定的科研群体，在材料计算设计方面形成自己的优势和特色。
1997年“计算材料科学的物理基础和应用”入选国家“攀登”预选项目，该项计划为我国计算材料科学发展奠定了初步基础，在人才和基本方法作了初步准备。
2000年“973”计划启动“材料计算设计与性能预测基础问题”项目，该项目通过对典型材料特定性能的计算和预测，取得了较显著的系列成果（DUAN W H(guest editor).Current Opinion in Solid State&MaterSci,2006(10):1-51.），培养了一批学术带头人与研究骨干。
以这些计划为代表的一批项目的实施，使我国材料计算与设计研究得以及时起步，经过“九五”和“十五”的发展，我国材料计算领域在方法探索和典型应用方面取得了长足的进步，同时克服了零星分散、各自为站的局面，相成了依托于科技部新材料设计实验室、沈阳材料科学国家（联合）实验室和清华大学材料设计虚拟实验室等一系列骨干单位的有效组织模式和针对明确目标的分工协作的科研团队。