编者按

21世纪的材料科学家和工程师通过开发新一代的先进材料，试图解决人类面临的诸多挑战。缩短材料从研发到应用的时间，是推动一个具有强大竞争力的制造业和经济增长的原动力。从材料研发到应用需要漫长的周期，其主因是材料在研究与开发过程中主要依赖于经验直觉和反复实验的试错法；旷日持久的实验周期；理论研究、材料设计与制备和工程应用等过程通常由不同的团队完成，数据不能有效共享。随着材料科学理论和计算机技术的发展，部分传统实验可以用更加快速高效的测试方法和计算模拟替代，逐步建成集高通量实验、高通量计算模拟和智能化数据库管理为一体的材料集成计算创新平台。美国政府率先启动了旨在保持其全球竞争力的“材料基因组计划”，该计划预期实现将这些模拟方法、集成工具和相关数据库渗透到从材料发现、优化、制备到实用化的整个流程，减少实验量，提高预测能力，从而将材料的平均研发周期缩短到目前的一半。在2013年《科学通报》第35期“材料基因组计划”专辑中，我们组织了国内外专家，对材料计算模拟、高通量实验和数据库建设及管理三大方向进行了探讨[1-14]。第一性原理计算在揭示机理、描述物理现象的本质等方面无可替代，随着计算精度的提高和计算速度的倍增，已成为材料领域中的重要研究工具。但是大多数第一性原理计算量大耗时，对多元多相体系复杂的晶体及组织结构、有限温度下的材料性质等计算困难更大，无法达到工程应用所需要的精度。而计算热力学和计算动力学方法依据材料热力学和相变动力学等理论，结合由实验数据优化得到的模型参数集合（即材料基础数据库），能够计算真实工程材料体系的热力学、动力学及物理性能，以及模拟相变和组织演变过程。将其与第一性原理计算紧密结合，可最大限度地发挥各自的优势。上述计算方法属于多尺度集成计算中的微观和介观环节，配合有限元分析方法、计算力学等宏观尺度计算，可以构建旨在研究多元多相材料的微观组织结构和性能，进行材料理性设计的材料集成计算创新平台。其中材料数据库发挥着重要作用，而高质量的数据库必须建立在大量高精度的实验数据以及理论计算数据之上。建设材料集成计算创新平台，并将其成功地应用到先进材料的设计、生产和使用中，是“材料基因组计划”实施的初衷。“‘材料基因组’计算模拟应用”专题的重点在于展示将计算模拟与新型材料开发密切结合的工作。组稿文章涉及钢铁材料、Ti合金等重要结构材料（镍基高温合金以及部分功能材料已在前面专辑中讨论）以及生产制备这些材料必不可少的凝固过程，希望能够抛砖引玉，推动基于“材料基因组”理念的计算模拟在工业生产中的应用[15-18]。鉴于材料数据库的重要性，本专题还包括一篇详细介绍热力学优化、建立热力学数据库的文章[19]，以及一篇讨论应用第一性原理计算材料力学性能的文章[20]。