材料基因工程典型材料有哪些应用？

材料基因工程典型材料有哪些应用？

概述

为了加速美国新材料的发展，提升美国制造业的竞争力，2011 年 6 月，美国总

统奥巴马宣布了材料基因组计划（MGI），主要目的是将先进材料的发现、开发、制造和

使用的速度提高一倍，研发成本降低一半。

材料基因工程的主要任务是构建高通量计算、高通量制备与表征和数据库等三

大平台。研发多尺度集成化高通量计算方法与计算软件、高通量材料制备技术、高通量

表征与服役行为评价技术，以及面向材料基因工程的材料大数据技术等四大关键技术，

形成材料创新发展的技术基础，实现新材料的研发由 “ 试错法 ” 向 “ 理论预测 / 实验验证 ”

模式的转变，从而降低新材料研发成本、缩短研发周期。通过材料基因工程关键技术在

能源材料、生物医用材料、稀土功能材料、催化材料以及特种合金等支撑制造业和

高新技术发展的典型材料上的验证性示范应用，加速材料的研发和应用，推动材料基因

工程关键技术的发展。

材料基因工程典型材料有哪些应用？

在过去五年中，美国能源部（DOE）、国防部（DOD）、国家科学基金会（NSF）、

国家标准与技术研究所（NIST）以及美国宇航局（NASA）在内的联邦机构，已经在资源

和基础设施方面大力投入支持该项计划。美国在典型材料重点示范应用领域已取得了一

系列的成果。

航空航天高性能材料领域示范应用

美国国防部 kong jun 研究实验室、通用电气航空集团以及洛克希德马丁公司（Lockheed

Martin）合作，通过将过程模拟与机械分析相结合，以更低的成本、更短的周期设计出新

型飞机部件。

美国国防部 kong jun 研究实验室的科研人员成功研发了一种自动化系统，可以实现材料

创建、测试材料属性、结果评估以及执行下一个*实验等功能。利用这种自动化系统

可以显著加快研发速度，从而了解如何更好地生产应用于飞机领域的碳纳米管等高性能

材料。

能源材料领域示范应用

美国国防部 lu jun 研究实验室通过广泛与学术以及工业领域的研究人员合作，建立了

“ 材料多尺度研究企业 ”，重点开发新材料以满足未来*的需求。其中，犹他大学领导

的 “ 电子材料多尺度建模 ” 重点专注于电池与电子领域的研究应用。

美国可再生能源实验室领导的能源前沿研究中心通过 “ 下一代设计材料 ” 计划，来识

别和测试环境友好的钙钛矿太阳能材料替代品。通过与麻省理工学院能源前沿研究中心

合作成功对六种候选材料进行了表征，其中两种新材料表现出了优良的属性。

美国能源部通过资助加州大学伯克利分校，建立了 “ 材料项目 ”。该项目主要包括通

过高性能计算和先进理论工具来确定新材料，以及预测新材料的属性，zui终建立了一个

开放数据库。研发人员可以充分利用数据库信息，设计应用于清洁能源领域的新材料。

复合材料领域示范应用

美国橡树岭国家实验室通过建立“制造示范工厂”，将模拟、材料表征以及原位过

程监控紧密结合在一起。该示范工厂将有利于推动低成本碳纤维复合材料在汽车领域的

商业应用。

医用材料领域示范应用

国家标准与技术研究所、西北大学、芝加哥大学以及阿贡国家实验室合作，共同建

立了“分层材料设计中心”。研发人员开发了材料创新基础设施中的关键组件，实现航

空航天、电子和医疗保健等领域新材料的设计制造。

功能材料领域示范应用

在美国国家科学基金会以及能源部的资助下，威斯康星大学麦迪逊分校的研发人员，

利用实验与计算方法，成功设计出兼具金属键和极性键两种特性的多功能材料。此种新

材料在未来设备中，可以充分发挥电性、磁性以及光学功能。

稀土材料领域示范应用

美国能源部关键材料研究所依靠材料基因组的方法加速发现、开发稀土替代品（高

效照明的新型磷光体）。

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