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材料基因组

第一篇：材料基因组彭贤文材料120141230029材料基因组计划自从十九世纪八十年代以来，技术变革和经济的发展越来越依赖新材料的发展。正如硅在十九世纪七十年代引起现代信息技术产业的崛起，先进材料可能推进新兴的旨在解决能源、国家安全以及人类福利等问题的价值数十亿美元的产业的发展。随着先进材料不断应用于解决清洁能源、国家安全以及人类福利等问题，它对经济安全以及人类的幸福生活越来越重要。加速先进材料的发现和发展对提升全球竞争力也是至关重要。材料基因组计划将创建一个新的材料创新的时代。目前，一种材料从发现到第一次投入使用的时间范围大约是10到20年，这使得新材料的发展速度远远落后与产品的开发速度。这是因为长久以来材料的发展和研究依赖科学的直觉的反复的实验。而且，当前大多数的材料设计和测试是通过旷日持久的反复试验以及表征循环来执行的。同时，一种新材料发展的各个阶段可能由不同的工程师或科研团队在不同的研究机构完成，各个阶段间缺乏促进整体快速发展的信息反馈。为实现材料的快速发展，必须加速计算模型、数据交换以及模拟材料行为的高级算法的发展来补充物理实验。改善的数据分享系统以及更加综合的工程团队将使设计、系统工程以及生产活动交互重叠。用数学模型和计算仿真来取代冗长昂贵的经验研究将显著加速材料的发展和配置。为此，材料基因组计划将创建一个材料创新框架，首先，打造材料创新基础。材料基因组计划将研发新的综合计算、实验和数据信息学的工具。这些软件和集成工具将跨越整个材料发展过程，并以一种开放平台进行开发，提高预测能力，并按最新标准快速整合整个材料创新基础数字化信息。这一基础设施将与现有的产品设计框架无缝结合，推动材料工程设计快速、全面的发展。然后，开发数据共享平台。材料基因组计划将设置数据共享平台让研究人员能够轻松地将自己的数据导入模型，同时使研究和工程人员能够彼此整合数据，促进处于不同材料开发阶段的科学家和工程师的跨学科交流。此外，材料基因组计划将用研发的新材料来实现国家的目标。美国目前面临的清洁能源、国家安全和人类福祉等问题的求解都有赖于先进材料的发展。对于国家安全相关材料，美国国防部和国防实验室都在材料研究方面投入巨资。研究实验室忙于轻质保护材料、电子材料、储能材料、生物替代材料等的研究。军方则使用先进材料来保护和武装军队。对于人类健康和福利相关材料，先进材料的许多应用可解决人类健康和福利面临的挑战，从生物相容性材料，如假肢或人工器官，到用于设计防止受伤的保护材料。对于清洁能源系统相关材料，众所周知开发清洁能源、减少对于石油的依赖是美国明确优先发展的项目。材料研究可以帮助找到新技术，如为生物燃料生产更好的催化剂、直接从阳光产生能量的人工光合作用、新颖高效的太阳能光伏、便携式能源存储设备等。最后，在政府、学术界和产业界的利益相关者要接受并不断扩大材料创新基础设施的范围和内容，以给我们的下一代生产力必要的工具和方法来实现我们国家的目标。第二篇：材料芯片与材料基因组SHANGHAIJIAOTONGUNIVERSITY课程论文《材料芯片与基因组》论文题目：第一章材料基因组计划1.1提出背景金融危机之后，美国政府意识到仅靠服务业已无法支撑美国经济走出泥潭，必须重振制造业。美国制造业的振兴不是传统制造业的复兴，而是新兴制造业的培育，其中建立在材料科学基础上的新材料产业是重点之一。美国科学院和工程院共同设置的国家研究理事会在2008年发表了题为《集成计算材料工程》的报告。报告明确指出了传统材料设计的方法和系统面临的问题：①现代的计算工具已经从根本上大大缩短了新产品设计的时间，材料设计却没有相似的可靠而普适的计算工具，使材料设计主要靠试验，从而导致材料设计远远落后于新产品设计；②太长的材料设计周期和低成功率使得新材料在新产品中的使用越来越少，从而导致非最佳的材料被用在产品中；③用于产品的材料性能欠佳而成为制约产品性能设计的瓶颈，造成恶性循环。应对美国提出的材料基因组研究计划，对我国如何规划、开展实施自己的科学计划提出建议并进行深入的研讨，在中国科学院和中国工程院的推动下，于2011年12月21—23日在北京召开了S14次香山科学会议。在此前召开的由两院部分院士参加的筹备会上，大家认为：“材料科学研究成分—结构—性能之间的关系，从新材料的发现、合成、性能优化、制备、应用、回收再利用，既有基础科学，又有工程科学，是一个系统工程。”因此，一致同意把那次会议定名为“材料科学系统工程”香山科学会议。结合我国的国情，材料界的专家学者提出建设发展符合中国材料领域的“材料科学系统工程”，具体包含如下建议：1）共用平台协同建设。建立几个集理论计算平台、数据库平台和测试平台“三位一体”的“材料科学系统工程中心”，结合国家大科学工程设施，集中国内材料计算与模拟领域优势力