香山科学会议：中国“材料基因”亟待算法创新

2011-12-29 来源：中国聚合物网

关键词：材料基因算法香山科学会议

在美国最新发布的“先进制造业伙伴关系”计划中，“材料基因”概念的身影有所显现，而美国的“材料基因组计划”（MGI）也受到了中国学者的广泛关注。

在近日举行的第S14次香山科学会议上，学者们提出，要发展中国的材料基因组工程，当务之急是解决算法和程序包的原创问题。

预测先进材料靠计算

材料领域当前的发展，要经历新材料发现、开发、性能优化、产品设计整合、测试认证、生产销售和回收利用等步骤，平均时间跨度长达18年。对此，中国工程院院士陈立泉评价：“这是‘直线型’的发展模式。”

MGI设想，根据量子力学基本原理，从原子尺度出发，直接面向最终的应用需求。在陈立泉看来，从速度上而言，MGI能加速材料走向市场的步伐。同时，它能包含几乎所有可能的化合物及其物理性质。

而从新型材料的搜索、设计到相图构建和性质优化的过程，需要计算机技术寸步不离的陪伴。

其实，繁杂的预测工作以简单的“能量最小原理”为科学依据，试图在错综复杂的势能面上找到全局能量的最小点。

“看上去似乎我们只要遍历所有可能的结构，便能够完成工作。”吉林大学原子与分子物理研究所教授马琰铭解释，“但实际上，这是一项庞大的工程。”假如预测包含仅仅20个原子的材料，所有可能结构则高达10的25次方个。

因此，找到先进的计算方法能提高预测工作的效率。在前人工作基础上，马琰铭提出了卡里普索晶体结构预测理论技术，并开发了拥有自主知识产权的晶体结构预测程序。

“利用该方法，确定材料的晶体结构只需要输入材料的化学组分和外界条件。”他介绍。

“游击小组”难解当务之急

过去20年里，尽管美国材料科学家已通过不断改进计算方法，获得预测模型上的不小成功。但一直以来，却并没有合适的平台向制造业分享这些研究成果。

MGI正是在这样的背景下提出的，其旨在鼓励包括材料科学家和制造商在内的整个材料科学界共享数据和计算工具。

在中国，MGI的开展首先面临的是算法创新不足的问题。2009年世界技术评估中心的一份报告指出，算法创新使得美国和欧洲走在了材料仿真领域的前列，日本也取得了一定的进展，中国到目前为止开展的工作较少。

中科院物理所研究员方忠认为：“我国在材料领域的算法和程序开发长期处在个别小组单干的‘游击’状态，没有长期稳定的研究队伍，也几乎没有自主知识产权的通用程序包。”

材料领域算法和程序研究是一项应用研究，需要人才精通物理、计算机和数学，但现有以发表论文为标准的科研评价体系，无法满足这类研究人员的生存需要。

因此，方忠建议，通过中国“材料基因组计划”，为科研人员提供相对长期稳定的工作平台。“在此基础上，我们才能从材料领域中的实际问题出发，从头开发拥有自主知识产权的程序包。”他说。

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（责任编辑：佳）

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