“研發(fā)速度提高一倍、研發(fā)成本降低一半”，美國“材料基因組計(jì)劃”啟動(dòng)4年已引發(fā)了全球材料研發(fā)的新一輪競爭。一種新材料的出現(xiàn)，往往會(huì)給一個(gè)領(lǐng)域甚至整個(gè)社會(huì)帶來劃時(shí)代的變革。經(jīng)過多年醞釀，我國國家層面的“材料基因組”戰(zhàn)略有望于近期啟動(dòng)。這是記者昨天從中科院上海硅酸鹽研究所獲得的信息。
       最近，上硅所在國內(nèi)率先成立了“無機(jī)材料基因科學(xué)創(chuàng)新中心”。中心主任、中國工程院院士江東亮接受本報(bào)記者專訪時(shí)表示，盡快啟動(dòng)國家層面的“材料基因組”戰(zhàn)略，將使我國的新材料快速研發(fā)到實(shí)際應(yīng)用的周期大大縮短，為我國的新材料研發(fā)在世界上爭取到領(lǐng)先席位。

       新材料研發(fā)：變“炒菜式”為“按圖索驥”

       生命體的基因在DNA里，材料的“基因”是什么？江東亮院士介紹，材料的“基因”可以理解為組成材料的各種元素的基本特性和相應(yīng)原子、電子結(jié)構(gòu)單元。
       材料科學(xué)發(fā)展到今天，科學(xué)家已基本了解了每種元素的特性，通過結(jié)構(gòu)計(jì)算和模擬優(yōu)化，即可預(yù)測哪些元素組合之后，得到的材料可能具有優(yōu)良的性質(zhì)。
       “這引發(fā)了新材料研發(fā)的革命。”他說，傳統(tǒng)材料研發(fā)好比炒菜，科學(xué)家憑經(jīng)驗(yàn)與感覺，在實(shí)驗(yàn)中嘗試著不同配方，做出一個(gè)樣品，測試一下性能，期待驚喜的出現(xiàn)。因此，以前從研究、發(fā)現(xiàn)，到發(fā)展成產(chǎn)品，新材料研發(fā)周期長達(dá)20年之久。但隨著全球科技、經(jīng)濟(jì)競爭的加劇，各行各業(yè)對(duì)新材料提出了越來越多的需求，必須加速新材料研發(fā)的速度，才能適應(yīng)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的需求。
       材料基因科學(xué)的研究有望使先進(jìn)材料從概念到產(chǎn)品的研發(fā)時(shí)間縮短一半。新方法好比按圖索驥：人們需要什么性能的材料，就先對(duì)“材料基因”進(jìn)行計(jì)算，看看哪些組合可能做到；接著，用材料芯片對(duì)各種組合的配比進(jìn)行篩選，找出最佳的組合；最后，才制成樣品進(jìn)行實(shí)際的測試。
       上硅所研究員劉茜介紹，在一塊約2.5厘米見方的材料芯片上，可以同時(shí)試驗(yàn)1024種不同的材料“配方”，每種材料只需針尖大小的那么點(diǎn)兒。而傳統(tǒng)方法一次只能試驗(yàn)3-5種配方，“過去可能要尋找?guī)啄甑男虏牧吓浞剑F(xiàn)在只需幾個(gè)月就能有初步結(jié)果”。

       “材料基因組”：尚缺國家層面戰(zhàn)略引導(dǎo)

       新材料研發(fā)提速意味著什么？江東亮說，這意味著很多原先的“不可能”變成了“可能”。比如，新的高溫合金和復(fù)合材料的出現(xiàn)，使制造超音速戰(zhàn)機(jī)成為可能，如今已有10倍于音速的高超聲速飛機(jī)誕生，繞地球一圈只需2-3小時(shí)。又如，上世紀(jì)50年代半導(dǎo)體硅材料的突破，使人類進(jìn)入了微電子時(shí)代；石英光導(dǎo)纖維的制成，促使光通訊時(shí)代到來……“新材料的研發(fā)與應(yīng)用是反映一個(gè)國家科技競爭能力的主要因素之一。先進(jìn)材料是我國成為制造業(yè)強(qiáng)國戰(zhàn)略的物質(zhì)基礎(chǔ)。”中國工程院的一份咨詢建議中這樣提到。
       美國于2011年率先提出了“材料基因組計(jì)劃”，作為重振美國制造業(yè)的基礎(chǔ)支撐。迄今為止，美國國防部、能源部等五大部門已先后投入2-3億美元，建立了多個(gè)以國家實(shí)驗(yàn)室、高校為中心，大企業(yè)參與的區(qū)域材料創(chuàng)新中心。“基因計(jì)劃提出后，哈佛大學(xué)就主動(dòng)提供5萬多個(gè)材料的數(shù)據(jù)庫共享作為響應(yīng)。”江東亮說，但國內(nèi)在這方面差距還非常大，無論數(shù)據(jù)數(shù)量還是質(zhì)量，都急需發(fā)展提高。
       1月23日，上海硅酸鹽研究所成立了“無機(jī)材料基因科學(xué)創(chuàng)新中心”。該中心集成上海硅酸鹽研究所在計(jì)算材料、高通量合成與快速篩選、微結(jié)構(gòu)表征、先進(jìn)制造以及無機(jī)材料數(shù)據(jù)庫方面的優(yōu)勢研究力量，聚焦國家安全急需的、極端環(huán)境服役的高性能陶瓷基復(fù)合材料，以及能源、環(huán)境、生物等新興領(lǐng)域發(fā)展需求的先進(jìn)無機(jī)材料，解決材料設(shè)計(jì)、快速篩選、智能制造等關(guān)鍵科學(xué)問題；基于材料基因組理念，運(yùn)用計(jì)算模擬及高通量篩選平臺(tái)，系統(tǒng)開展多尺度與多層次的材料設(shè)計(jì)、制備工藝優(yōu)化、材料與器件服役行為研究等。該中心還將在此基礎(chǔ)上，建立材料數(shù)據(jù)庫，期望在新材料探索和面向重大需求的關(guān)鍵材料集成制造等領(lǐng)域取得創(chuàng)新性成果，加速我國無機(jī)材料研究步伐，帶動(dòng)和引領(lǐng)無機(jī)新材料的探索與研發(fā)。

       率先嘗試中國版“材料基因組”

       早在2011年，中國科學(xué)家就召開了香山會(huì)議，探討中國版“材料基因組”計(jì)劃，隨后中國工程院又做了相關(guān)調(diào)研，并形成了咨詢報(bào)告。
專家在報(bào)告中建議，通過北京、上海等有深厚科研基礎(chǔ)的城市率先組建“材料基因中心”，建立高端制造業(yè)關(guān)鍵材料所需的科技基礎(chǔ)。同時(shí)還建議建設(shè)國家材料數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)及共享機(jī)制，實(shí)現(xiàn)國家材料科學(xué)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)化、標(biāo)準(zhǔn)化、智能化、商業(yè)化等。
       “無機(jī)材料基因科學(xué)創(chuàng)新中心”的成立，期望為無機(jī)材料的研發(fā)提供一個(gè)產(chǎn)學(xué)研的平臺(tái)，并期望通過體制機(jī)制的創(chuàng)新推進(jìn)無機(jī)材料基因科學(xué)的發(fā)展。江東亮說，隨著越來越多的科學(xué)家、企業(yè)參與到這個(gè)平臺(tái)中，新材料的研發(fā)將會(huì)呈現(xiàn)爆發(fā)式增長，這將是我國向制造業(yè)強(qiáng)國轉(zhuǎn)型的基礎(chǔ)。