材料基因组计划背景下高校材料类专业课程教学改革

随着材料基因组计划的实施,传统的教学模式和评价方法需进行进一步的改革与优化。“计算机在材料科学中的应用”是链接材料基因组计划的一门重要专业基础课,以该课程为例进行课程教学改革与探索。“以学生为中心”,以产出为导向,以能力培养为宗旨,实施“厚基础—强能力—重成效”的三维度渐进式课程教学,完善教学内容和教学手段,探索出重实践、强能力的课程育人模式,构建了科学的多元化考评机制,达到培养学生的创新能力和应用能力、提升人才培养质量的效果。

高分子材料基因组研究进展

改变传统专家系统分析的方法,运用信息学中的科学计量方法,即基于信息学的第四研究范式,客观、全面地分析了高分子材料基因组领域的现状和发展趋势。研究表明,该领域已经进入了“快速发展期”,形成了一些稳定产出的学术团队。目前的研究热点主要集中于机器学习策略在高分子材料中的应用,并且在光电材料、高分子电介质材料、高分子纳米复合材料、高性能复合材料和高分子生物材料上取得了一定的进展。最后,结合目前的研究进展探讨了高分子材料基因组未来的发展方向。

含能材料研发的新模式——含能材料基因组研究计划(EMGI)

1EMGI的内涵与重要性 先进材料是高端制造、信息网络、人类福祉和国家安全等几乎所有现代工业部门创新驱动发展的重要基石。为推动先进材料的发展，

基于高平开化寺壁画高分子修复材料的基因组方法研究

经研究发现,山西高平开化寺壁画被多种病害威胁,具体存在壁画褪色、浮尘、雨渍、颜料层脱落、龟裂等多 种病害类型,其遗存现状不容乐观。为促进开化寺的壁画保护,将材料基因组思想应用到开化寺壁画修复所用的 高分子材料中有其意义与可行性。基于以上考察,材料基因组思想于开化寺高分子壁画修复材料中的应用设计应 当包含以下步骤:开化寺高分子壁画修复材料基因参数的确定、开化寺高分子壁画修复材料计算模型构建、建立开 化寺壁画修复所用高分子材料数据库以及数据库检索。

材料基因组计划及其实施进展研究

详细综述美国材料基因组计划(MGI)提出背景及其实施方案(包括实施流程),重点总结MGI近三年来计划实施四个主要联邦机构在基础设施建设(实验工具、计算工具和电子化数据)、教育培训等方面以教育作为计划实施导入点,以"保卫国家安全、造福人类福祉和培育下一代人才资源"为宗旨,从市场需求倒叙研究材料微细观组分与性能,为军方材料基因计划顺利打通实施通道和加速材料研发进程奠定根基。

材料基因组技术前沿进展

材料基因组技术是近年来兴起的材料研究新理念和新方法,是当今世界材料科学与工程领域的最前沿。材料基因组技术的实质是通过融合高通量材料计算设计、高通量材料实验和材料数据库三大组成要素,构建材料设计研发的协同创新网络,加速新材料从发现到应用的全过程。其中,高通量材料实验经过20多年的发展,目前已面向多种形态材料和多种服役性能形成了一系列成功案例,高通量材料计算模拟和材料数据库近几年也取得了较大进展。该文简要回顾了材料基因组技术的主要内容和发展历程,总结了具有代表性的高通量实验技术,以及高通量材料计算和材料数据库的应用案例,并介绍了电子科技大学在材料基因组技术方向取得的成果和工作基础,希望可以为我校在该领域的进一步发展规划和"一校一带"战略提供一定的参考。

材料基因组技术在新能源材料领域应用进展

材料基因组融合了材料的高通量计算、高通量制备、高通量的检测及数据库系统,是材料研发的"范式革命",以其深刻的科学内涵、重大的应用潜力,将加速新材料发现和应用。本文重点讨论材料基因组用于新能源材料的研发,来缩短新能源材料的"发现—研发—生产—应用"周期,介绍国际上代表性的Materials Project和OQMD两个材料基因组平台,及一些重要的材料基因组计算技术,如材料构象表征、高通量计算及筛选、机器学习、神经网络技术、优化算法和新型的高通量制备和表征技术等在新能源材料研发中的应用,并对下一步材料基因组的发展提出了展望,如通过发展高精度高通量计算、利用人工智能开发高通量实验系统和平台,产生材料大数据,并通过智能计算充分利用好材料大数据,打造计算与实验融合的材料基因组大数据人工智能系统,加速新能源材料的发现与应用。

材料基因组技术内涵与发展趋势

材料基因组计划旨在变革材料传统研发模式,从而缩短材料研发周期并降低其研发成本。主要从航空材料领域对材料基因组技术需求的角度,对材料基因组技术的具体内涵进行阐述与讨论。提出发展材料基因组技术需要建设的主要内容包括高通量计算、高通量实验、以及材料信息学与数据库平台。在发展方向上,提出发展材料信息学与数据库、集成计算材料设计、材料虚拟工艺、材料虚拟服役四方面技术与能力。

基于材料基因组方法的锂电池新材料开发

近年来,在锂二次电池新材料的研发过程中逐渐建立了基于材料基因组思想的高通量计算理论工具与研究平台.在该平台上,通过将不同精度的计算方法组合,实现了基于离子输运性质的材料筛选;通过将信息学中数据挖掘算法引入高通量计算数据的分析,证实了材料大数据解读的可行性.上述平台实现了在锂电池固体电解质的高通量筛选、优化和设计上进行新材料研发的示范应用,通过高通量计算筛选获得了两种可用于富锂正极包覆材料的化合物Li_2SiO_3和Li2SnO_3,有效改善了富锂正极的循环稳定性;通过对掺杂策略的高通量筛选,获得了提高固体电解质β-Li_3PS_4离子电导率和稳定性的方案;通过高通量结构预测设计了全新的氧硫化物固体电解质LiAlSO;并在零应变电极材料结构与性能的构效关系研究中进行了大数据分析的尝试,分析了零应变电极材料的设计依据.上述材料基因组方法在锂电池材料研发中的应用为在其他类型材料研发中推广这种新的研发模式提供了可能.

基于材料基因组理念的钎焊材料开发与智能钎焊技术创新系统工程

近年来,依赖于科学直觉与试错的传统材料研究方法日渐成为制造业发展与技术进步的瓶颈。革新材料研发方法已成为国际新材料研发的趋势。材料基因组技术是材料科学技术的一次飞跃,是新材料研发的"加速器"。钎焊过程的复杂性和随机性使得钎焊材料的设计开发相比普通材料更加复杂、研发周期更长,"材料基因组计划"作为先进材料开发的崭新模式也应及时应用到钎焊材料性能优化及开发中,这对促进钎焊技术尤其是智能钎焊的长足发展具有重要意义。材料基因组技术包括高通量材料计算、高通量材料实验和材料数据库三个要素。大规模的高通量计算可提供大量而系统的数据,高通量实验方法可对这些数据进行快速验证,材料数据库的建立则可实现计算数据与实验数据的有效集成,使其相互补充的同时相互验证。三要素协同工作,可以使得材料研发过程中的理论与实验结合更加紧密,加快材料从研发、制造到应用的过程,降低新材料的开发成本。开发新型钎焊材料除考虑材料本身的性能外,还需要考虑钎焊材料与母材物理化学性能的匹配性以及连接过程中钎焊材料与母材之间的相互作用(扩散和新相形成)。钎焊材料与母材之间的相互作用非常复杂,除了受到连接工艺(连接温度、保温时间、压力、气氛等)的影响之外,还与钎料和母材的成分有直接关系。因此,相比于普通材料,钎焊材料的设计开发过程更加复杂,需要考虑的因素更多,新材料的研发周期更长,有必要尽快启动钎焊材料基因工程。开发高通量计算软件、高通量实验方法(高通量制备及表征)及数据集成系统是实施钎焊材料基因工程需解决的三个基础问题。目前焊接智能化的发展多集中在熔化焊领域,如弧焊、激光焊等,也取得了比较显著的成果。但是,钎焊全过程智能控制的发展相对缓慢,现有研究多集中在钎焊设备及钎焊过程控制方面。钎焊材料制备是智能钎焊的重要组成部分,钎焊材料基因工程的实施将促进钎焊技术的智能化进程。智能焊接尤其是智能钎焊的技术进步可大大简化和缩短新型钎料的试验验证过程,同时能够在过程中搜集到更多实时数据,丰富数据库,因而反过来又会对钎焊材料基因工程的发展起到显著的推动作用。本文论述了材料基因组技术的三要素及其国内外研究现状,分析了材料基因组技术应用于钎焊材料开发时需考虑的影响因素及需解决的关键共性基础问题,并且阐述了钎料材料基因工程与智能钎焊相互促进的发展关系。

材料基因组计划简介

美国总统奥巴马明确指出"材料基因组计划"(TheMaterialsGenomeInitiative,MGI)的总目标是"将先进材料的发现、开发、制造和使用的速度提高一倍"。白宫科技政策办公室在2011年6月发布的相应的白皮书《具有全球竞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。材料基因组计划/工程不仅仅是要开发快速可靠的计算方法和相应的计算程序,而且也要开发高通量的实验方法来对理论进行快速验证并为数据库提供必需的输入,还要建立普适可靠的数据库和材料信息学工具,以加速新材料的设计和使用。材料基因组计划/工程旨在材料领域建立一个新的以理论模拟和预测优先、实验验证在后的"文化",从而取代现有的以经验和实验为主的材料研发的理念。

政产学研协作数据库的知识产权保护机制研究——基于上海材料基因组数据库的范式分析

从项目管理角度研究政产学研协作数据库的知识产权保护机制,基于数据库项目管理五阶段论提出适用于政产学研数据库的知识产权管理模型,并以上海材料基因组数据库项目为例,详细阐述项目启动阶段的数据库知识产权战略部署、项目计划阶段的数据库知识产权计划设置、项目实施阶段的数据库知识产权保护措施、项目监测阶段的知识产权管理、项目完成阶段的知识产权运用,形成一套系统化、全方位的政产学研数据库项目的知识产权保护体制。

走进微观世界，探秘材料基因-材料基因组论坛侧记

俄亥俄州立大学的Ji-Chen（JC）Zhao教授首先回顾了集成计算材料工程的核心技术之一的高通量实验技术的最新发展，特别是基于扩散多元结方法的扩散系数的顺向模拟提取分析技术的提出和双温退火在扩散多元结方法中的采用，

浅析美国“材料基因组计划”

一．美国为什么要推出“材料基因组计划” 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。为此，2011年6月24日，美国总统奥巴马宣布了一项超过5亿美元的“推进制造业伙伴关系”计划，通过政府、高校及企业的合作来强化美国制造业，投资逾1亿美元的“材料基因组计划”（Materials Genome Initiative）是其组成部分之一。

美国材料基因组战略的进展及我国的对策建议

新材料是新技术革命的基础,主要发达国家都高度重视新材料的开发和应用。美国通过材料基因组计划等着力推进材料科学与工程领域的数字化和智能化。本文介绍了美国材料基因组战略的有关情况,总结了其特点和最新进展情况,为我国推进新材料战略提出了建议。

美国材料基因组战略对我国新材料发展的启示

分析了美国材料研发发展历程,对美国材料基因组战略规划的特点进行了剖析,对照我国新材料产业发展的阶段和特点,探讨了美国发展经验对我国新材料产业发展的启示。

材料基因组计划在北京地区的实施与发展分析

一、材料基因组计划国内外发展现状2011年6月24日，美国总统奥巴马宣布了一项超过5亿美元的“先进制造业伙伴关系”（Advanced Manufacturing Partnership，AMP）计划，以期通过政府、高校及企业的合作来振兴美国制造业，而“材料基因组计划”（Materials Genome Initiative，MGI）是AMP计划中的重要组成部分。

美国材料基因组计划实施的一系列举措

2011年6月，美国启动材料基因组计划（Materials Genome Initiative，MGI）。这是美国在信息技术革命及金融危机之后，意识到材料革新对科技进步以及产业发展的重要推动作用，以及“制造业回流”的战略背景下提出的。美国当前的科技政策十分重视科技成果的商业化以及新市场的开拓与革新，MGI也体现出这一特点。该计划将通过数据共享与计算工具开发，加快材料投入市场的种类及速度，并降低研发成本。加速开发新型高技术材料，不光可以推进美国国内制造业的变革，也是包括能源、卫生、交通、食品与农业、国防安全等众多领域在内的发展诉求所在。

材料基因组计划背景下的“材料计算与模拟”教学探索

在材料基因组计划的大背景下,对“材料计算与模拟”课程进行教学改革是符合学科发展趋势的必然举措.本文以开展多年的“材料计算与模拟”课程教学实践为例,针对学科大背景下的计算模拟实践类课程教学特点进行探讨,提出了一套实践与理论相结合、偏重实践教学的教学方式.

美国材料基因组计划对我国的启示

一、美国材料基因组计划概要 2010年，中国超越美国成为全球第一制造业大国，在全球中低端制造业市场占据主导优势，同时，德国、日本以及韩国也在蚕食美国中高端制造业市场份额。为重塑美国全球制造业的领导者地位，同时应对金融危机带来的经济下滑、失业率上升等问题，美国总统奥巴马于2011年提出“先进制造业伙伴关系”计划，明确再工业化战略，通过高新技术支撑，打造先进制造业，以期实现制造业的复兴。作为“先进制造业伙伴关系”计划的重要组成部分，美国于2011年底推出了材料基因组计划，通过材料创新来满足新兴制造业对高性能新材料的需求，带动先进制造业的发展。