材料基因工程

ICME的主要思路
工艺寻优பைடு நூலகம்
知识库
材料设计
材材料料制制备备
性性能能表表征征
服役行为
成本控制
构建“集成计算材料工程”研究平台，形成完整研究链， 实现从“实验寻优”向“系统寻优”转变。
ICME的考虑思路
材料
基础
多尺度材料模拟
数据
材料设计
集成
与知
微观机制与结构-性能关系
识库
材料合成制备 微结构表征
器件集成
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“材料基因组工程”内涵阐释
通过高通量的第一性原理计算，结合已知的可靠实 验数据，用理论模拟去尝试尽可能多的真实或未知 材料，建立其化学组分，晶体结构和各种物性的数 据库；
利用信息学、统计学方法，通过数据挖掘探寻材料 结构和性能之间的关系模式，为材料设计师提供更 多的信息，拓宽材料筛选范围，集中筛选目标，减 少筛选尝试次数，预知材料各项性能，缩短性质优 化和测试周期，从而加速材料研究的创新。
材料基因工程
1 材料设计的概念
所谓的“材料设计”，是指通过 理论与计算预报新材料的组分、结构与 性能，或者说，通过理论设计来“定做” 具有特定性能的新材料。
传统的材料研究方法
材料制备 性能表征
经验积累 循环试错
新材料探索 性能优化 工艺寻优 系统集成 成本控制 服役行为
……
以大量的材料制备为中心，强调经验积累； 被动的性能表征； 经验与不断的循环试错而提高性能：实验寻优。
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中科院材料基地“十二五”重点培育方向： 集成计算材料工程（ICME）
Integrated Computational Materials Engineering
ICME是一门新兴的学科，集材料知识库、设 计与计算、制备工艺寻优、生产成本控制以 及服役行为评价等多种计算环节于一体，其 目的是集成材料计算科学的工具，使其成 为一个集成系统，以加速材料发现到应用 的研发速度。
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材料基因组计划
2011年6月24日，奥巴马宣布 “先进制造业 伙伴关系” 计划（AMP计划）(超5亿美元)， 以期通过政府、高校及企业的合作来强化美 国制造业。材料基因组计划是AMP的核心内 容。
目标是帮助美国企业发现、开发、生产和 应用先进材料的速度提高到目前的两倍，从 而促进美国制造业的复兴，保持美国的全球 竞争力。
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香山会议建议
集中国内材料计算与模拟领域优势力量，通力合 作，努力实现如下关键目标跟上并引领国际材料领域新 一轮发展的浪潮。
开发高通量的第一性原理计算程序包； 建立“材料科学系统工程”数据库，搜索引擎和分析
软件 ；
建立极材料设计、合成、快速表征、测试、改进等物 性平台；
与企业界建立合作互动。
性能测量
尺度
问题
原子尺度 介观尺度 宏观尺度
光电材料 热电材料 储能节能材料 铁电压电 复合材料 透明陶瓷 器件设计 结构功能一体 结构设计 力热稳定性 系统集成 服役失效机制 工艺寻优
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