神奇的“材料基因工程”计划

“材料基因”构想最初在2011年由美国提出。它的提出主要是想重振美国制造业，将材料研究过程在原来的基础上缩短一半、成本降低一半。因为材料科学家发现，一种材料从发现到投入使用大约需要十几年，这个过程太过漫长，会耗费大量的时间成本、价钱成本。如果能将这个时间缩短一半，将对美国制造业的重振提供帮助。传统意义上的材料是将集中材料混合，观察它能否体现新的性能，但这样一种方式必定会消耗大量时间。出于加快这个周期的愿望，科学家才提出了“材料基因工程”。

在这里，大家千万不要将材料基因计划跟人类的基因工程相混淆。对元素进行研究要从元素的原子结构出发，涉及元素的化学、物理、电子等层面，最后再进行计算机模拟。使用高通量的计算机、高通量的实验来进行研究和探索，可以加速材料科学的发展。

首先通过计算机的数据处理，科学家就可以把现有元素所有的物理、化学特性集中起来，然后人为地设计它们的成分和性能，再通过计算机模拟就能检验这种方法是否可行。高通量的实验利用一种类似于芯片的技术。科学家把芯片分隔成128个或者256个区间，然后放到真空装备里进行涂膜，这样就能根据需求来调配每个区间的材质，等于一次制作了256个不同的组分以供研究人员对其进行快速分析测定。这就叫做高通量实验，配合高通量计算来确定大概的范围，最后再用高通量实验进一步选定，就能大大缩短材料研发过程。

美国在一些重要领域已经开展了相关研究工作，包括新能源，如锂电池、热电材料的研究。本报整理