材料基因工程典型材料有哪些應(yīng)用？

概述

為了加速美國新材料的發(fā)展，提升美國制造業(yè)的競爭力，2011 年 6 月，美國總

統(tǒng)奧巴馬宣布了材料基因組計劃（MGI），主要目的是將先進(jìn)材料的發(fā)現(xiàn)、開發(fā)、制造和

使用的速度提高一倍，研發(fā)成本降低一半。

材料基因工程的主要任務(wù)是構(gòu)建高通量計算、高通量制備與表征和數(shù)據(jù)庫等三

大平臺。研發(fā)多尺度集成化高通量計算方法與計算軟件、高通量材料制備技術(shù)、高通量

表征與服役行為評價技術(shù)，以及面向材料基因工程的材料大數(shù)據(jù)技術(shù)等四大關(guān)鍵技術(shù)，

形成材料創(chuàng)新發(fā)展的技術(shù)基礎(chǔ)，實現(xiàn)新材料的研發(fā)由 “ 試錯法 ” 向 “ 理論預(yù)測 / 實驗驗證 ”

模式的轉(zhuǎn)變，從而降低新材料研發(fā)成本、縮短研發(fā)周期。通過材料基因工程關(guān)鍵技術(shù)在

能源材料、生物醫(yī)用材料、稀土功能材料、催化材料以及特種合金等支撐制造業(yè)和

高新技術(shù)發(fā)展的典型材料上的驗證性示范應(yīng)用，加速材料的研發(fā)和應(yīng)用，推動材料基因

工程關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展。

材料基因工程典型材料有哪些應(yīng)用？

在過去五年中，美國能源部（DOE）、國防部（DOD）、國家科學(xué)基金會（NSF）、

國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所（NIST）以及美國宇航局（NASA）在內(nèi)的聯(lián)邦機(jī)構(gòu)，已經(jīng)在資源

和基礎(chǔ)設(shè)施方面大力投入支持該項計劃。美國在典型材料重點示范應(yīng)用領(lǐng)域已取得了一

系列的成果。

航空航天高性能材料領(lǐng)域示范應(yīng)用

美國國防部 kong jun 研究實驗室、通用電氣航空集團(tuán)以及洛克希德馬丁公司（Lockheed

Martin）合作，通過將過程模擬與機(jī)械分析相結(jié)合，以更低的成本、更短的周期設(shè)計出新

型飛機(jī)部件。

美國國防部 kong jun 研究實驗室的科研人員成功研發(fā)了一種自動化系統(tǒng)，可以實現(xiàn)材料

創(chuàng)建、測試材料屬性、結(jié)果評估以及執(zhí)行下一個*實驗等功能。利用這種自動化系統(tǒng)

可以顯著加快研發(fā)速度，從而了解如何更好地生產(chǎn)應(yīng)用于飛機(jī)領(lǐng)域的碳納米管等高性能

材料。

能源材料領(lǐng)域示范應(yīng)用

美國國防部 lu jun 研究實驗室通過廣泛與學(xué)術(shù)以及工業(yè)領(lǐng)域的研究人員合作，建立了

“ 材料多尺度研究企業(yè) ”，重點開發(fā)新材料以滿足未來*的需求。其中，猶他大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)

的 “ 電子材料多尺度建模 ” 重點專注于電池與電子領(lǐng)域的研究應(yīng)用。

美國可再生能源實驗室領(lǐng)導(dǎo)的能源前沿研究中心通過 “ 下一代設(shè)計材料 ” 計劃，來識

別和測試環(huán)境友好的鈣鈦礦太陽能材料替代品。通過與麻省理工學(xué)院能源前沿研究中心

合作成功對六種候選材料進(jìn)行了表征，其中兩種新材料表現(xiàn)出了優(yōu)良的屬性。

美國能源部通過資助加州大學(xué)伯克利分校，建立了 “ 材料項目 ”。該項目主要包括通

過高性能計算和先進(jìn)理論工具來確定新材料，以及預(yù)測新材料的屬性，zui終建立了一個

開放數(shù)據(jù)庫。研發(fā)人員可以充分利用數(shù)據(jù)庫信息，設(shè)計應(yīng)用于清潔能源領(lǐng)域的新材料。

復(fù)合材料領(lǐng)域示范應(yīng)用

美國橡樹嶺國家實驗室通過建立“制造示范工廠”，將模擬、材料表征以及原位過

程監(jiān)控緊密結(jié)合在一起。該示范工廠將有利于推動低成本碳纖維復(fù)合材料在汽車領(lǐng)域的

商業(yè)應(yīng)用。

醫(yī)用材料領(lǐng)域示范應(yīng)用

國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所、西北大學(xué)、芝加哥大學(xué)以及阿貢國家實驗室合作，共同建

立了“分層材料設(shè)計中心”。研發(fā)人員開發(fā)了材料創(chuàng)新基礎(chǔ)設(shè)施中的關(guān)鍵組件，實現(xiàn)航

空航天、電子和醫(yī)療保健等領(lǐng)域新材料的設(shè)計制造。

功能材料領(lǐng)域示范應(yīng)用

在美國國家科學(xué)基金會以及能源部的資助下，威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的研發(fā)人員，

利用實驗與計算方法，成功設(shè)計出兼具金屬鍵和極性鍵兩種特性的多功能材料。此種新

材料在未來設(shè)備中，可以充分發(fā)揮電性、磁性以及光學(xué)功能。

稀土材料領(lǐng)域示范應(yīng)用

美國能源部關(guān)鍵材料研究所依靠材料基因組的方法加速發(fā)現(xiàn)、開發(fā)稀土替代品（高

效照明的新型磷光體）。

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