• 材料的强度与破坏

• 微纳米材料物理与力学

• 核结构和核材料力学

• 特种激光晶体材料和激光器制备

1.预报材料结构强度和变形局域化的新思路

材料的力学行为是工程结构和器件设计优化的基础。传统强度理论主要依赖于经验公式。如何从更普适的原理出发，突破传统连续介质力学理论的困境，建立理性的方法体系并发展新的结构强度评估理论，是一个亟待解决的科学和工程问题。本项目基于连续介质热力学框架，构建预报材料结构失效及变形局域化的普适性理论，通过实验获得材料结构失效的耗散能函数，并研发数值计算软件，预报材料结构极限承载力。这种理性的新强度理论体系，不仅颠覆传统理论对于强度的认识，而且能在不使用非线性本构的前提下描述并预报出材料变形局域化，弥补传统理论和模型无法正确预报变形局域化的不足，有望改变教科书中关于强度理论的表述，甚至衍生新的研究分支。本研究致力于改善工程中长期采用的结构设计和安全评估的规范和方法，使工程结构的强度评估摆脱经验模型的桎梏，最大限度发挥材料潜能，并推动固体力学、物理学和工程科学的交叉融合，将给社会和经济带来不可估量的效益。

2.量子材料微观压电理论和实验研究

新型压电材料的探索以及压电效应新的应用途径的开拓对先进功能器件的发展至关重要。量子材料中的电子强关联引发新颖的压电效应及其与宏观量子效应之间的相互作用，而人们对其中的机理知之甚少。本项目以量子材料的压电效应为研究对象，探究其微观机理，建立一套普适的理论框架，同时也对不同量子材料中压电效应与自旋、拓扑序、轨道间相互作用微观机理进行理论探究。以此为基础，通过改变材料的成分，结构以及所处的环境因素，来挖掘量子材料压电效应更深层次的机理以及应用潜能。我们还将搭建高精度测试平台，通过相应的实验手段来验证上述理论的正确性。进一步地，利用量子材料的压电效应，研究外加应变对微纳电子器件的功能调控，丰富调控相应微纳电子器件功能的手段。本研究将推动固体力学与凝聚态物理的深度交叉融合，甚至激发新的研究分支的出现。

1.Biao Wang, Three-dimensional analysis of an ellipsoidal inclusion in a piezoelectric material, International Journal of Solids and Structures, 1992, 29(3):293-308.

2.Biao Wang, Some special characteristics of stress-induced martensitic transformation predicted by a statistical model, Acta Materialia, 1997, 45(4):1551-1556.

3.Biao Wang, The intrinsic nature of materials failure and the global non-equilibrium energy criterion, SCIENCE CHINA-Physics Mechanics & Astronomy, 2020, 63(12); 124611.

4.Biao Wang, A general thermodynamic theory for predicting the failure property of material structures with complex loadings, Engineering Fracture Mechanics, 2021,254:107936.

5.Biao Wang, Material Strength: A Rational Nonequilibrium Energy Model for Complex Loadings, Journal of Applied Mechanics, 2021, 88: 021008.

6. 杜善义，王彪；《复合材料细观力学》；出版单位：科学出版社；出版时间：1998年。

7.Biao Wang, Mechanics of Advanced Functional Materials, Springer-Verlag, 2012(ISBN: 978-3-642-44405-0).

http://ifcen.sysu.edu.cn/wangbiao_html_ifcen/index.html