材料基因组计划,是何方神圣?

人类有基因组计划,材料界也有一个材料基因组计划。材料基因组计划是何方神圣?

2011年6月24日美国总统奥巴马在卡耐基?梅隆大学作的以 “先进制造业伙伴关系”为主题的演讲中提出了“材料基因组计划”(The Materials Genome Initiative, MGI)。一年之后,白宫科技政策办公室和美国国家标准与技术研究院(NIST)在白宫开了一次以 “促成一个全国性的运动”为目标的会议,要求广泛参与和大力促成。此后材料基因组计划作为一个国家性的“运 动”正在美国积极地展开。据称是美国开国以来继曼哈顿计划、阿波罗计划、人类基因组计划之后的第四大重大科研计划。随后,材料基因组的概念得到了全球材料科学家的响应。

为什么美国要推出这个材料基因组计划?这就要说到传统材料科学研究存在的问题了。

传统材料科学研究主要依赖“试错” 实验方法,按照“提出假设-实验验证”的方式顺序 迭代,从而不断逼近目标材料。而且造成材料研发与应用的割裂。一种新材料从研发到应用需要10-20年,已无法满足工业快速发展对新材料的需求,急需通过变革研究方法推进材料科学的加速发展。因此,旨在缩短研发周期和研发成本的材料基因组计划,一经推出就得到广泛响应。

那么,材料基因组计划用什么手段来缩短研发周期和研发成本?三菱plc编程软件8.0_最强资讯网当前的材料研究的思路是对成分、工艺的调整,获得具有理想微结构与性能匹配的目标材料。 材料基因组计划研发思路是建立成分、工艺、微结构、性能之间的内在联系,然后根据材料对性能的需求,设计符合要求的微结构;根据这种联系,设计并优化材料成分与工艺。

为何称之为材料基因组计划?难道材料内部也有跟人类一样的类似于基因的东西?材料中当然没有基因。但是材料基因组计划于人类基因组计划还是很相似的。人类基因中的DNA和RNA的排列决定人体的主要性能);而材料中原子的性质和排列包括晶体结jquery textarea 清空_最强资讯网构和缺陷决定了材料的内在性能。

“人类基因组”技术是通过高通量测序装置对生物基因芯片上的几十万到几百万条DNA分子ios10关闭抬起唤醒_最强资讯网进行并行快速序列测定,并将结果储苹果升级ios10后电池消耗过快_最强资讯网存在生物基因大数据库中,通过进一步的数据分析和计算解析生命密码;与此类似,“材料基因组技术”也是通过高通量实验装置对组合材料芯片上的10-106 个样品单元进行高通量表征,并将所获得的材料性能数据储存在数access 2007教程_最强资讯网据库中,通过数据挖掘等技术得到材料“成分-结构-性能”的构效映射关系,最终改变传统材料研究方法,加速材料研发进程。

那么,材料基因组计划的内涵都有哪些?白宫科技政策办公室在2011年6月24日发布的相应的白皮书《具有全球竞android开发工程师前景_最强资讯网争力的材料基因组计划》中阐述了材料创新基础设施的三个平台: 计算工具平台、实验工具平台和数字化数据(数据库及信息学)平台。也就是说材料基因组计划由三大块组成:计算工具、实验手段和数字化数据。(如下图所示)

通过高通量的材料实验,为材料模拟计算提供大量基础数据和实验验证,充实材料数据库,也可以针对具体应用需求,快速筛选目标材料。材料计算模拟是实现“材料按需设计”的基础,可以帮助缩小高通量材料实验范围,提供实验理论依据;材料数据库可以为材料计算模拟提供计算基础数据,为高通量材料实验提供实验设计的依据,同时计算和实验所得的材料数据亦可以丰富材料数据库的建设。

参考文献

刘俊聪, 王丹勇, 李树虎,等. 材料基因组计划及其实施进展研究[J]. 情报杂志, 2015(1):61-66.

向勇, 闫宗楷, 朱焱麟,等. 材料基因组技术前沿进展[J]. 电子科技大学学报, 2016, 45(4):634-649.

来源:材料人

编辑:Lixy

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