香山科學(xué)會(huì)議：中國(guó)“材料基因”亟待算法創(chuàng)新
2011-12-29 來源：中國(guó)聚合物網(wǎng)
在美國(guó)最新發(fā)布的“先進(jìn)制造業(yè)伙伴關(guān)系”計(jì)劃中，“材料基因”概念的身影有所顯現(xiàn)，而美國(guó)的“材料基因組計(jì)劃”（MGI）也受到了中國(guó)學(xué)者的廣泛關(guān)注。
在近日舉行的第S14次香山科學(xué)會(huì)議上，學(xué)者們提出，要發(fā)展中國(guó)的材料基因組工程，當(dāng)務(wù)之急是解決算法和程序包的原創(chuàng)問題。
預(yù)測(cè)先進(jìn)材料靠計(jì)算
材料領(lǐng)域當(dāng)前的發(fā)展，要經(jīng)歷新材料發(fā)現(xiàn)、開發(fā)、性能優(yōu)化、產(chǎn)品設(shè)計(jì)整合、測(cè)試認(rèn)證、生產(chǎn)銷售和回收利用等步驟，平均時(shí)間跨度長(zhǎng)達(dá)18年。對(duì)此，中國(guó)工程院院士陳立泉評(píng)價(jià)：“這是‘直線型’的發(fā)展模式！
MGI設(shè)想，根據(jù)量子力學(xué)基本原理，從原子尺度出發(fā)，直接面向最終的應(yīng)用需求。在陳立泉看來，從速度上而言，MGI能加速材料走向市場(chǎng)的步伐。同時(shí)，它能包含幾乎所有可能的化合物及其物理性質(zhì)。
而從新型材料的搜索、設(shè)計(jì)到相圖構(gòu)建和性質(zhì)優(yōu)化的過程，需要計(jì)算機(jī)技術(shù)寸步不離的陪伴。
其實(shí)，繁雜的預(yù)測(cè)工作以簡(jiǎn)單的“能量最小原理”為科學(xué)依據(jù)，試圖在錯(cuò)綜復(fù)雜的勢(shì)能面上找到全局能量的最小點(diǎn)。
“看上去似乎我們只要遍歷所有可能的結(jié)構(gòu)，便能夠完成工作！奔执髮W(xué)原子與分子物理研究所教授馬琰銘解釋，“但實(shí)際上，這是一項(xiàng)龐大的工程！奔偃珙A(yù)測(cè)包含僅僅20個(gè)原子的材料，所有可能結(jié)構(gòu)則高達(dá)10的25次方個(gè)。
因此，找到先進(jìn)的計(jì)算方法能提高預(yù)測(cè)工作的效率。在前人工作基礎(chǔ)上，馬琰銘提出了卡里普索晶體結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)理論技術(shù)，并開發(fā)了擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的晶體結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)程序。
“利用該方法，確定材料的晶體結(jié)構(gòu)只需要輸入材料的化學(xué)組分和外界條件！彼榻B。
“游擊小組”難解當(dāng)務(wù)之急
過去20年里，盡管美國(guó)材料科學(xué)家已通過不斷改進(jìn)計(jì)算方法，獲得預(yù)測(cè)模型上的不小成功。但一直以來，卻并沒有合適的平臺(tái)向制造業(yè)分享這些研究成果。
MGI正是在這樣的背景下提出的，其旨在鼓勵(lì)包括材料科學(xué)家和制造商在內(nèi)的整個(gè)材料科學(xué)界共享數(shù)據(jù)和計(jì)算工具。
在中國(guó)，MGI的開展首先面臨的是算法創(chuàng)新不足的問題。2009年世界技術(shù)評(píng)估中心的一份報(bào)告指出，算法創(chuàng)新使得美國(guó)和歐洲走在了材料仿真領(lǐng)域的前列，日本也取得了一定的進(jìn)展，中國(guó)到目前為止開展的工作較少。
中科院物理所研究員方忠認(rèn)為：“我國(guó)在材料領(lǐng)域的算法和程序開發(fā)長(zhǎng)期處在個(gè)別小組單干的‘游擊’狀態(tài)，沒有長(zhǎng)期穩(wěn)定的研究隊(duì)伍，也幾乎沒有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的通用程序包！
材料領(lǐng)域算法和程序研究是一項(xiàng)應(yīng)用研究，需要人才精通物理、計(jì)算機(jī)和數(shù)學(xué)，但現(xiàn)有以發(fā)表論文為標(biāo)準(zhǔn)的科研評(píng)價(jià)體系，無法滿足這類研究人員的生存需要。
因此，方忠建議，通過中國(guó)“材料基因組計(jì)劃”，為科研人員提供相對(duì)長(zhǎng)期穩(wěn)定的工作平臺(tái)！霸诖嘶A(chǔ)上，我們才能從材料領(lǐng)域中的實(shí)際問題出發(fā)，從頭開發(fā)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的程序包！彼f。
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（責(zé)任編輯：佳）
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