材料基因组计划(MGI)专题学习报告.docx

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1、材料基因组方案(MGl)专题学习报告由于第O周我还没有返校，所以没能听到刘国权老师讲的“材料设计与材料基因组方案”这节课，但是从题目和发到公邮里的资料来看，讲座应该是主要围绕美国的材料基因组方案和我国的材料研究方法及现状来展开的。下面根据自己查阅到的资料阐述一下自己的理解。一、美国的材料基因组方案在美国2012年财政预算中，新增了1亿美元用以支持一项名为“材料基因组”的创新方案。这个方案要实现材料领域开展模式的转变，把新材料研发和应用的速度从目前的1020年缩短为510年。它试图揭示物质构成、不同元素排列与材料功能之间关系，进而实现有目的设计新材料的科学工程，有着更强烈的实用和需求背景，也是美

2、国为保持其在先进材料及高端制造业领域领先地位的一大举措。美国的这一举动引起了中国材料科学领域学者专家们的强烈反响。”材料基因组”方案可以说是悄然启动的，它不像创意来源的人类基因组方案那样璀璨耀眼，但是其意义却十分重大，它将使材料科学研究及其向生产实践的转化发生极大的变化。材料基因组方案与人类基因组方案最大的相似点是两者都是从对研究对象最根本组份(一为核昔酸-基因-细胞，一为原子-分子-化合物)的了解出发，来试图更多地了解“人”和“材料”，从而到达有目的地创造新生物或者新材料的目的。材料基因组方案的意义从材料的角度来讲，不同的原子分子组合决定了材料具有不同的性质，我们总是致力于找到更加符合应用要

3、求的材料。然而现有的材料研究大多数采用的还是寻找和尝试的方法。因而现阶段材料研发大致是从实验室研发到产品这样一种直线型的模式，周期很长。据统计现在一种材料从研究开发到形成商用产品，平均周期是18年。材料基因组的做法是把传统的研发到产品这样一种过程整个翻转过来，即从应用需求出发，反求倒推到符合相应结构功能的材料。这样一种颠覆性的改变意味着需要对各种材料有足够多的认识和积累，包括结构组成、性能、工艺优化等。要到达从需求出发反推材料结构的目的就必须结合的、可靠的实验数据，用理论和计算模拟去尝试发现新的未知材料，并建立其化学组分、晶体结构和各种物性的数据库，利用信息学、统计学方法，通过数据挖掘探寻材料

4、结构和性能之间的关系模式，为材料设计师提供更多的信息。简言之，实施材料基因组方案是希望从根本上加深对物质构成的认识。“材料基因组方案”很重要的目标和意义就是要把新材料的产出速度至少翻一番，即从18年左右的周期缩短为910年。二、国内学术和产业界对“材料基因组方案”的反响面临比“人类基因组方案”更为重要和广泛的“材料基因组方案”，我们不能丧失历史机遇，国内有关部门已经在这方面有所行动。去年12月21日，以“材料科学系统工程”为主题的香山科学会议在北京举行，会议名誉主席、两院院士师昌绪先生提出：“开展制造业，材料是根底，计算材料科学有很强的生命力。”师昌绪先生提议建立材料领域的两个“组学”，一个是

5、结构材料组，一个功能材料组，从人工晶体（中国在该领域的创新方面有自己的特色）出发，对晶体的结构、生长工艺、应用方面做一些系统考虑。根据我的理解，对晶体的结构、生长工艺、应用方面做一些系统考虑就是指建立一个系统的材料科学领域的从分子结构到材料性能的数据库，从而为材料研究者提供一个统一的平台，减少研发本钱和重复劳动，加快材料研发进度。可以说，国内材料学科的领军者已经充分意识到这件事的重要价值并开始有所行动，但就面上来说，还处于调研起步阶段，谈不上有整体的设计和考虑。而产业界也未见有什么反响。这是令人忧虑的。三、我校在该领域的特色及优势北京科技大学具有以钢铁材料为主、有色金属、无机非金属材料、高分子

6、、复合材料等多元开展的材料研究体系，具有悠久的材料研究历史，在开展我国的“材料基因组方案”方面，具有很大的优势。但是不同教授的研究往往可能相互孤立，交流不多。我校可以建立一个内部的材料研究数据库，这个数据库应包括不同的工艺流程、大量的原始数据以及国内外同行做成功的大量材料的案例，以及大量原子、分子、晶体的特性及其可能应用的领域，再通过大量掺杂数据和由此产生新晶体和新功能方面有不少数据，如果别人能够查阅到这些数据，就能防止将已经探索过的路再走一遍。参考文献1万勇，黄健，冯瑞华，姜山，王桂芳，浅析美国“材料基因组方案”，AdvancedMaterialsIndustry.2JohnP.Holdren,MaterialsGenomeInitiativeforGlobalCompetitiveness,June2011.