华东理工大学研究团队：高分子材料的智能制造平台——高分子材料基因工程

华东理工大学研究团队：高分子材料的智能制造平台——高分子材料基因工程

高分子材料基因工程（Polymeric Material Genome Engineering，PMGE）是近年来兴起的一种高分子材料智能制造平台，旨在通过理论计算、数据库技术、预测筛选和实验验证等研究范式，实现高分子材料的合理设计、虚拟制备和智能制造。这一领域的发展对于推动高性能高分子材料的创新和应用具有重要意义。本文将介绍华东理工大学研究团队在该领域的最新研究成果，探讨其面临的挑战和未来发展前景。

研究背景与意义

高性能高分子材料是高新科技和先进制造业的基石。随着科技的不断发展，对高性能高分子材料的需求日益增长。高分子材料基因工程（polymeric material genome engineering，PMGE）正在成为高分子材料智能制造的重要平台。高分子材料基因工程的研究范式涉及理论计算、数据库技术、预测筛选以及实验验证，旨在实现合理设计、虚拟制备和智能制造，加速高分子材料的设计和开发。然而，高分子材料基因工程的发展仍处于起步阶段，许多问题亟待解决。

最新研究成果

华东理工大学林嘉平研究团队在中国工程院院刊《Engineering》2023年8月刊发表了题目为《高分子材料的智能制造平台——高分子材料基因工程》的综述性文章，阐述了高分子材料基因工程的概念，总结了最新研究成果，并强调了该领域的重要挑战和发展前景。文章特别强调了高分子材料的性能预估方法，包括性能代理量预测和机器学习性能预测。最后，讨论了高分子材料基因工程在先进复合材料、通信和集成电路等领域所亟需的高性能高分子材料创制方面的潜在工程应用前景。

图 高分子材料基因工程的挑战与前景。高分子数据库和基因、性能预测模型以及验证等问题仍有待通过跨学科研究来共同解决。通过高分子材料基因工程发现新材料，在化学工程、半导体、通信等领域具有应用潜力。

核心内容与创新点

文章指出，高分子材料基因工程应考虑高分子的合成可行性以及适合大规模制造的加工性能。高分子材料基因工程可以加速高分子材料在各种工程应用中的发展，特别是当两种或多种性能彼此矛盾时。例如，高分子材料基因工程可以应用于以下领域：

1. 先进树脂基复合材料：通过高分子材料基因工程，可以设计出具有优异力学性能和耐热性能的树脂基复合材料，满足航空航天、汽车工业等领域的需求。

2. 化学工程与催化：高分子材料基因工程可以用于设计具有特定催化性能的高分子材料，应用于化学工程中的催化反应过程。

3. 高分子有机半导体材料：通过高分子材料基因工程，可以开发出具有优异光电性能的高分子有机半导体材料，应用于太阳能电池、有机发光二极管等领域。

4. 通信及集成电路材料：高分子材料基因工程可以用于设计具有优异介电性能和热稳定性的高分子材料，应用于通信设备和集成电路的制造。

因此，工程应用需要开发综合性能优异的先进高分子材料，使用高分子材料基因工程无疑是最佳选择，通过高通量预测和筛选，高分子材料基因工程能够开发出综合性能优异的高分子材料。

未来展望与挑战

总之，高分子材料基因工程将推动下一代材料的创新，它有望降低材料研究成本，平衡性能限制，以实现高分子材料的突破。高分子材料基因工程可以彻底变革传统的高分子设计方法，推动材料科学的研究进步。信息、数学、控制工程等学科之间的跨学科合作可解决性能预测和实验验证等问题。未来还有望实现正向预测和筛选以及逆向设计的双闭环。预计高分子材料基因工程将成为高分子设计和应用的可持续公共平台，研究人员可以利用高分子材料基因工程，对先进复合材料、半导体、通信等领域的新型高分子材料的加工、组分和性能进行合理设计。

引用信息

Liang Gao, Liquan Wang, Jiaping Lin, Lei Du. An Intelligent Manufacturing Platform of Polymers: Polymeric Material Genome Engineering [J]. Engineering, 2023, 27(8): 31–36.