材料基因工程关键技术与支撑平台

中国的材料基因工程
中国的材料基因工程是指利用生物技术和材料科学的交叉学科，从生物中获取有特殊功能的高性能材料，并通过调控基因来改变这些材料的性质和性能，以满足不同领域的需求。

材料基因工程在中国的发展始于20世纪90年代，取得了一系列的研究成果。

例如，中国科学院上海硅酸盐研究所成功研制出一种基于生物量的复合材料，具有高强度、高韧性、高热稳定性等优点。

该材料可以替代金属材料，在航空航天、汽车制造等领域具有广阔的应用前景。

另外，中国科学院合肥物质科学研究院也进行了大量的材料基因工程研究。

他们通过改变材料的基因组，调控材料的能带结构和电子结构，实现了具有特定功能的材料的合成。

这些材料可广泛应用于光电器件、催化剂、能源存储等领域。

中国的材料基因工程研究在国际上也属于领先水平。

例如，中国科学院院士李江教授团队研制出一种大规模合成石墨烯的新方法，可以用于高性能锂离子电池、超级电容器、高效催化剂等领域。

此外，中国政府也积极推动材料基因工程的发展。

在2016年
发布的《国家重点研发计划》中，明确提出要加强材料基因工程的研究，并提出了一系列的重点任务和目标，以推动中国的材料科学和工程领域的发展。

总的来说，中国的材料基因工程在理论研究、实验技术和应用
开发等方面都取得了一定的进展，为促进中国材料科学和技术的发展做出了重要贡献。

材料基因组计划在新型材料研发中的应用摘要材料是现代社会发展的重要基石，其性能直接影响着各个领域的进步。

传统材料研发过程周期长、成本高、效率低，难以满足日益增长的需求。

材料基因组计划（Materials Genome Initiative，MGI）应运而生，旨在通过整合计算模拟、高通量实验、数据库和数据挖掘等技术手段，加速新型材料的研发过程。

本文将介绍MGI的理念、关键技术以及在不同领域中的应用，并展望其未来发展趋势。

关键词：材料基因组计划，新型材料研发，计算模拟，高通量实验，数据挖掘1. 引言材料科学与工程是现代科学技术发展的基础，材料的性能决定了产品的性能，直接影响着经济发展和社会进步。

传统材料研发过程通常依赖于试错法，即通过反复实验寻找最优配方和工艺参数，这不仅周期长、成本高，而且效率低下。

随着科学技术的进步，人们对材料性能的需求不断提升，传统研发模式已经难以满足需求。

为了加速材料研发进程，美国政府于2011年启动了材料基因组计划 (MGI)，旨在通过整合计算模拟、高通量实验、数据库和数据挖掘等技术手段，加速新型材料的研发过程。

MGI的理念是将材料研发过程数字化，建立材料的“基因组”，通过数据驱动的科学研究，快速筛选出具有优异性能的材料，并预测其性能参数。

2. 材料基因组计划的理念和关键技术2.1 材料基因组计划的理念MGI的核心思想是将材料研发过程转化为一个高效、可预测的系统工程，其主要理念如下：*数据驱动:以数据为核心，建立材料数据平台，收集和整合材料的结构、性能、合成工艺等相关数据，为材料设计、合成、表征和应用提供支撑。

*计算模拟:利用量子力学、分子动力学等计算模拟方法，预测材料的结构、性能和加工工艺，减少实验次数，提高研发效率。

*高通量实验:开发高通量合成、表征和测试技术，快速筛选材料，加速实验验证过程。

*人工智能和机器学习:利用人工智能和机器学习技术，分析海量数据，建立材料性质与结构、成分之间的关联模型，预测材料性能，并优化材料设计。

材料基因工程材料基因工程是一种新兴的技术，它将基因工程技术应用于材料科学领域，旨在通过改变材料的内部结构和性能，实现材料的定向设计和精准控制。

这一技术的出现，为材料科学的发展带来了新的机遇和挑战。

在材料基因工程中，研究人员可以通过改变材料的基因序列，实现材料性能的调控，从而开发出具有特定功能和优异性能的新型材料，为材料科学的发展注入了新的活力。

材料基因工程的核心是基因编辑技术。

基因编辑技术是一种可以精确修改生物体基因组的技术，它可以通过引入、删除或修改特定基因序列，改变生物体的遗传特征。

在材料基因工程中，研究人员借鉴基因编辑技术的原理和方法，将其应用于材料的设计和改良中。

通过精确控制材料的内部结构和性能，实现材料性能的定向设计和精准调控。

材料基因工程的发展，为材料科学带来了许多新的机遇。

首先，材料基因工程可以加速新材料的研发和应用。

传统材料研发需要经过漫长的试错过程，而材料基因工程可以通过精准控制材料的性能，快速开发出具有特定功能和优异性能的新型材料。

其次，材料基因工程可以提高材料的性能和可持续性。

通过精确调控材料的内部结构和性能，可以实现材料性能的优化和可持续发展，推动材料科学的进步。

最后，材料基因工程可以拓宽材料的应用领域。

通过改变材料的基因序列，可以赋予材料新的功能和性能，拓展材料在能源、环境、医疗等领域的应用，为人类社会的可持续发展做出贡献。

然而，材料基因工程也面临着许多挑战。

首先，基因编辑技术在材料领域的应用还处于起步阶段，技术的成熟度和稳定性有待提高。

其次，材料基因工程涉及到多学科的交叉，需要研究人员具备材料科学、生物学、化学等多方面的知识和技能，跨学科协作和交流的难度较大。

最后，材料基因工程的伦理和安全问题也备受关注，需要建立健全的伦理和安全管理体系，确保技术的安全和可持续发展。

综上所述，材料基因工程作为一种新兴的技术，为材料科学的发展带来了新的机遇和挑战。

随着基因编辑技术的不断成熟和发展，相信材料基因工程将会在材料科学领域发挥越来越重要的作用，为人类社会的可持续发展做出更大的贡献。

材料基因工程技术发展前景探析随着科学技术的不断发展，材料基因工程技术逐渐崭露头角，在材料科学领域掀起了一股新的风潮。

本文将分析材料基因工程技术的定义、研究方向、应用前景等问题，并探索材料基因工程技术的未来发展趋势。

一、材料基因工程技术是什么？材料基因工程技术指的是以基因工程为基础，利用计算机辅助化学设计与模拟技术，运用高通量实验技术，对材料的结构、性能进行定向设计与优化的技术体系。

该技术模仿自然界生物基因表达的方式，通过人工操作，将材料的基因序列进行编辑，以获得所需的材料性能。

二、材料基因工程技术的研究方向1.新型材料设计材料基因工程技术能够实现针对材料的基因序列编辑，通过改变材料的结构与成分，优化材料的物理、化学以及力学性能。

该技术旨在开发出具有低成本、高性能、长寿命和节能环保的新型材料，这将大大推动未来材料科学领域的发展。

2.快速材料开发材料基因工程技术在材料领域有着广泛的应用，同时也可以快速的开发出具有共性的结构和功能的材料，这将有助于材料设计师在更短时间内完成大量的实验，以及更多样化、精准化的材料组合操作。

3.能源材料结构设计材料基因工程技术将帮助材料科学家更好地设计能源材料的结构，开发出储能高、转换效率高、寿命长等稳定性能的新型电池、光伏、催化材料等，从而解决能源领域瓶颈问题。

三、材料基因工程技术的应用前景在国际物质科学领域，《自然》杂志曾撰文表示：“基于基因编辑的材料科学与工程发展前沿有望颠覆许多刻板的材料制备流程，大大提升技术开发效率。

”随着技术的不断发展与应用，材料基因工程技术将在更多领域发挥其作用，包括但不限于：1.水处理领域材料基因工程技术有望提高水处理领域膜材料的阻竞和过滤效率。

2.航空航天领域材料基因工程技术有望推动航空、航天材料的性能提升和重量降低。

3.汽车工业领域材料基因工程技术可用于开发新型汽车材料，提高汽车的安全性、轻量化水平、降低成本。

4.新能源领域材料基因工程技术有望优化电池、光伏和液化天然气等能源产品的相关材料，从而延长其使用寿命。

材料基因工程发展的重点和难点材料基因组计划（又名Materials Genome Initiative），简称MGI。

2011年6月，时任美国总统奥巴马宣布启动材料基因组计划，意在改革传统材料研究的封闭型工作方式，培育开放、协作的新型“大科学”研发模式，从而实现将材料从发现到应用的速度至少提高1倍，成本减半的目标。

欧美发达国家的“材料基因组”正迅猛地发展起来，而国内材料科技工业与国际先进水平尚存在一定的差距，“材料基因组计划”为材料科技工业快速追赶国际先进水平提供了机遇。

为避免我国在未来的新材料技术及其他高科技领域的国际竞争中处于被动地位，国务院、科技部、中国科学院、中国工程院、发展改革委、教育部、工业和信息化部、食品药品监管总局等一起合力发起国家重点研发计划《材料基因工程关键技术与支撑平台重点专项实施方案》工作，启动“材料基因工程关键技术与支撑平台”重点专项发展计划。

在欧美的材料基因组计划中，数据共享与计算工具开发至关重要。

在国内，数据+人工智能是材料基因工程的核心。

在计算工具的配备上，国内现在基本可以买到高端的服务器硬件。

但数据也尤为重要，尤其是大数据和数据库的建立。

但在大量数据获取方面，国内仍然落后于美国和日本。

从常温的光学显微镜，电子扫描显微镜，真实色共聚焦显微镜（Hybrid），到高温激光共聚焦显微镜，材料二维的图像获取手段上，国内的现已基本满足，不足的是，高端仪器的密度比发达国家尚有差距。

材料真实内部三维数据的获取上，国内仍多采用人工研磨拍照的方式获取，一个试样的数据获取，短则一个月，长则半年，数据的可靠性暂且不说，这样的数据获取速度，严重影响材料基因组计划的进展速度。

“我国材料基因工程有望2025年进入世界并跑或领跑”则困难重重。

在自动化技术高度发达的日本和美国，都有全自动的材料内部数据获取技术。

例如，全自动逐层切片成像系统（Genus_3D），可在一两天内完成一个试样数据的获取，已经助力名古屋大学等单位和研究所高效、高质量的获取材料内部的三维数据。

2月19日，科技部公布了第二批10项国家重点研发计划，包括高性能计算、重点基础材料技术提升与产业化、战略性先进电子材料、地球观测与导航、煤炭清洁高效利用和新型节能技术、重大科学仪器设备开发、材料基因工程关键技术与支撑平台、网络空间安全、智能电网技术与装备和国家质量基础的共性技术研究与应用等10个重点专项。

重点基础材料技术提升与产业化专项围绕钢铁、有色金属、石化、轻工、纺织、建材等6个方面重点基础材料技术提升与产业化部署31个重点研究任务，专项实施周期为5年，即2016—2020年。

2016年启动其中12个重点任务：高品质特殊钢、高强度大规格易焊接船舶与海洋工程用钢、大规格高性能轻合金材料、高精度铜及铜合金材料、化纤柔性化高效制备技术、高性能工程纺织材料制备与应用、基础化学品及关键原料绿色制造、合成树脂高性能化及加工关键技术、塑料轻量化与短流程加工及功能化技术、制笔新型环保材料、水泥特种功能化及智能化制造技术、特种功能玻璃材料及制造工艺技术等。

“煤炭清洁高效利用和新型节能技术”专项重点围绕煤炭高效发电、煤炭清洁转化、燃煤污染控制、二氧化碳捕集利用与封存(CCUS)、工业余能回收利用、工业流程及装备节能、数据中心及公共机构节能7个创新链(技术方向)部署23个重点研究任务。

2016年首批在7个技术方向启动16个项目，其中煤炭清洁转化包括低变质煤直接转化反应和催化基础研究，煤热解气化分质转化制清洁燃气关键技术，煤转化废水处理、回用和资源化关键技术。

此前，科技部公布的第一批国家重点研发计划项目中，量子通信、纳米科技等9大专项入选。

（摘编自科技部网站和中国石化新闻网）2月23日，为落实国务院强制性标准改革任务，质检总局、国家标准委召开强制性标准整合精简培训会，质检总局党组成员、国家标准委主任田世宏出席会议并讲话。

国家标准委副主任于欣丽主持会议并作会议总结。

田世宏指出，要高度重视强制性标准整合精简工作。

强制性标准整合精简工作是标准化改革的重中之重。

材料基因组技术内涵与发展趋势关永军;陈柳;王金三【摘要】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.【期刊名称】《航空材料学报》【年(卷),期】2016(036)003【总页数】8页(P71-78)【关键词】材料基因组计划;高通量;计算材料;数据库;数据挖掘【作者】关永军;陈柳;王金三【作者单位】北京航空材料研究院材料基因组技术研究中心,北京100095;北京航空材料研究院材料基因组技术研究中心,北京100095;北京航空材料研究院材料基因组技术研究中心,北京100095【正文语种】中文【中图分类】TB30;V250自美国在2011年宣布实施材料基因组计划以来，迅速得到世界范围内不同研究方向的材料科学家的积极响应。

材料基因组技术旨在利用并发展材料科学研究中的相关知识，通过计算材料科学方法与先进的实验技术，缩短新材料的研发周期并降低其成本[1-4]。

材料科学中成分、工艺、微结构和性能之间的关联规律一直是传统材料研究领域的核心工作。

在材料基因组技术的创新研究思路下，传统材料科学研究预期具有以下新特点：(1)材料成分、工艺、微结构与性能之间的相互关联规律不再独立存在，而是合并为一个整体对象进行研究与讨论；(2)材料加工工艺与微结构研究中将大量使用数字化与定量化的表达，取代传统材料研究方法中的图像定性或半定量描述；(3)数据挖掘技术有望发现材料成分、工艺、微结构与性能之间新的关联规律；(4)材料成分、工艺、微结构与性能之间关联规律的建立将不再完全依赖实验数据，计算机模拟技术在新规律的发现与验证中将发挥重大作用。