北京科技大学张达威教授揭秘：材料基因工程如何加速新材料研发？

北京科技大学张达威教授揭秘：材料基因工程如何加速新材料研发？

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人民网

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来源

1.

http://finance.people.com.cn/n1/2024/0229/c1004-40186233.html

2.

https://zhidao.baidu.com/question/437190675805868412.html

3.

https://m.thepaper.cn/newsDetail_forward_27996193

4.

https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%9F%BA%E5%9B%A0%E5%B7%A5%E7%A8%8B

5.

https://faculty.ustb.edu.cn/DaweiZhang/zh_CN/more/104653/jsjjgd/index.htm

6.

https://mparticle.uc.cn/article_org.html?uc_param_str=frdnsnpfvecpntnwprdssskt#!wm_cid=668508221289275392!!wm_id=c631fd946ce7455d9167dcfd9e2ddf1f

7.

http://www.mbd.org.cn/article/28.html

8.

http://www.mbd.org.cn/article/30.html

9.

https://www.ieisystem.com/about/news/14681.html

北京科技大学国家材料腐蚀与防护科学数据中心、北京材料基因工程高精尖创新中心张达威教授介绍，材料基因工程是当前材料领域公认的开发新材料的颠覆性前沿技术。通过高效计算、先进实验和大数据技术，实现对材料成分、配方、制备工艺的高效筛选、精准调控和优化设计，大幅缩减了新材料的研发周期和成本。这一技术正在推动新材料产业快速发展，为高端制造业提供坚实基础。

材料基因工程借鉴了生物学基因工程的概念，但应用于材料科学领域。它通过融合高效计算、先进实验和大数据技术，实现对材料成分、配方、制备工艺的高效筛选、精准调控和优化设计。这种“数字化、智能化”的研究方法，彻底改变了传统以实验和经验为主的“试错式”研发模式，大幅提升了新材料的研发效率。

以北京科技大学的研究为例，张达威教授团队正在利用材料基因工程开发新型耐蚀材料。由于材料腐蚀过程涉及众多复杂因素，如温度、湿度、应力等环境因素，以及成分、加工、结构等材料因素，传统研发方法需要在成千上万种组合中进行筛选，难度极大。

在实际操作中，首先通过高通量计算平台对海量数据进行分析，快速筛选出具有潜在价值的材料配方和工艺参数。然后，利用自动化实验设备进行快速验证，结合人工智能技术对材料性能进行仿真预测。这种“计算-实验-预测”的闭环模式，极大地提高了研发效率。

在北京科技大学，材料基因工程已经应用于多个关键领域：

1. 高强韧高耐蚀金属结构材料：通过优化合金成分和热处理工艺，开发出具有优异力学性能和耐蚀性的新型金属材料，可广泛应用于航空航天、海洋工程等领域。

2. 高效能源催化材料：针对新能源技术需求，开发出具有高催化活性和稳定性的新型催化剂材料，有望在燃料电池、电解水制氢等领域实现突破。

3. 可降解医用金属材料：结合生物相容性和降解性能要求，开发出适用于人体植入的新型医用金属材料，具有广阔的应用前景。

4. 智能防护涂层材料：通过优化涂层结构和成分，开发出具有自修复、自清洁等功能的智能防护涂层，可应用于各种恶劣环境下的防护需求。

随着物联网、人工智能、高性能计算等技术的不断发展，材料基因工程将迎来更广阔的发展空间。未来的材料科学研究将更加依赖于数据驱动和自主智能优化，这将推动材料科学从“经验指导实验”向“理论预测指导实验”乃至“数据驱动与自主智能优化实验”的研究范式转变。

张达威教授表示：“通过材料高效计算和高通量实验，可实现新材料的快速筛选和材料数据的快速积累；通过大数据和人工智能技术的应用，可实现材料成分和工艺的全局优化以及材料性能的提升。”这种革命性的研发模式，将为我国在新材料领域实现弯道超车提供强大动力。

材料基因工程作为一项颠覆性前沿技术，正在深刻改变新材料的研发方式。它不仅大幅缩短了研发周期，降低了研发成本，更为重要的是，它开启了材料科学与信息技术深度融合的新时代。随着技术的不断成熟和应用领域的持续拓展，材料基因工程必将在推动我国新材料产业高质量发展中发挥越来越重要的作用。