深圳材料基因组大科学装置平台今年将建成投入试运行

  记者采访获悉，非常关注的材料基因组大科学装置平台将在今年建成投入试运行。该平台由南方科技大学理学院院长、中国科学院院士俞书宏领衔，南方科技大学、北京大学深圳研究生院与清华大学深圳国际研究生院联合建设，聚焦前沿科学和产业需求，注重产业应用，旨在加速新材料的研发和工程化应用，为我国材料科学领域实现跨越式赶超提供重要技术支撑。

  人类从矿石中提取铜制成器具，再到铸铁、瓷器、炼钢、铝合金、玻璃、塑料等材料的出现，极大促进了人类文明的进步。人类文明史，从某一种意义上说，也可以称之为一部材料科学发展史。2011年，美国提出“材料基因组计划”，即通过先进实验、计算技术和数据共享等方式，加速新材料的发现，缩短材料研发周期，同时减少相关成本。随后，材料基因组的概念得到了全球材料科学家的响应。中国在同年举行香山科学会议后，也推出中国版材料基因组计划。

  “材料基因组是富有想象力的一个词，这个词的出现借鉴了人类基因组计划的成功，作为这种新型材料研发模式的代称。”深圳市材料基因组大科学装置平台-高压中子谱仪建设项目负责人、南科大研究教授韩松柏介绍，材料基因组计划跟人类基因组计划很相似，材料中的原子的性质和排列包括晶体结构和缺陷决定了材料的内在性能。

  传统材料科学研究主要依赖“试错” 实验方法。比如白炽灯灯丝，用了80年才发现碳化竹丝，直到最终用钨丝替代竹丝，前后大概用了100年。“如今，依靠传统手段发现新材料越来越难，已不足以满足工业加快速度进行发展的需求，一定要使用新的方法来研制新材料。” 韩松柏表示，材料科学正迈入密集型系统数据+人工智能的科学第四范式。

  在此背景下，南方科技大学、北京大学深圳研究生院与清华大学深圳国际研究生院三校联合，由南方科技大学理学院院长俞书宏院士领衔，共同建设面向深圳市、粤港澳大湾区乃至全国所有高校、科研机构、企业开放的材料基因组大科学装置平台重大科学技术基础设施共享平台，目标是将新材料的研发周期缩短一半、研发成本降低一半。

  2018年1月，材料基因组大科学装置平台设施项目建议书获批立项。2019年11月，设施可行性研究报告批复。2022年10月，真正开始设施相关平台建设工作。目前，位于光明科学城的大科学装置平台光明临时场地已经建成，永久场地将在今年动工。

  俞书宏院士表示，深圳依据“开放、共享、创新”的原则建设包括高通量制备平台、高通量实验室表征平台、高通量中子谱仪平台、高通量计算与数据库平台的世界一流材料基因组综合性公共平台，实现从设计、合成、表征到计算反馈的材料研发全链条覆盖。

  目前，我国在新材料技术方面存在着“两头在外”的现象，即新材料的研发依赖于国外的技术，而新材料的应用又依赖国外的市场。

  “材料基因组计划是我国在战略性关键材料上实现跨越式赶超的重要方案。”俞书宏院士表示，平台将聚焦航空航天、电子信息、能源与环境、生物医药、仿生材料等产业领域对新材料的需求，加快战略性新兴起的产业的创新、升级及前沿科学研究。

  目前，材料基因组大科学装置平台在南科大的主导下，由4位院士、10名讲席教授等组成团队参与平台建设期的示范应用，涵盖电子信息、航空航天、能源、生物医用及智能仿生人、先进光电、高性能高分子、功能材料等7大材料领域，积极对接深圳“20+8”产业集群发展需求，联合有突出贡献的公司开展材料晶态-非晶态转变控制、红外CW/紫外脉冲激光3D打印、高储能密度储能非晶陶瓷材料、航空航天用金刚石材料制备、先进动力电池材料、可燃冰开发与利用、氢能及燃料电池等项目应用。

  例如锂离子电子大范围的应用于便携式电子设备和电动汽车中，液态电解质存在易燃易爆的安全风险隐患，研发更安全、单位体积内的包含的能量更高的下一代全固态电池成为各电池厂商研究的热点，而找到比较合适的电解质、电极和电芯材料则是关键。“简单说，是通过AI对材料的快速筛选与离子导电率的准确预测，在众多材料中寻找最优解。”韩松柏说，这样的一个过程听起来像“大海捞针”，但科研团队利用材料基因组平台会大大加快这一进度，最终“计算”出最合适的电池材料。

  “材料大数据加上AI是材料基因组最本质和最核心的部分。” 韩松柏表示，从某个角度说，材料基因组就是用AI机器来替代人进行材料研发。

  新材料产业技术壁垒高、研发难度大，而且依赖政府支持以及产业链上下游企业的紧密合作。俞书宏院士表示，今后将吸引一批企业在我们的平台上开展新材料的研发，逐步提升新材料的研发效率和进程，充分的发挥大科学装置的效能，将其打造成一个能为深圳、广东乃至全国新材料研发赋能的重要平台，为培育新材料领域的新质生产力作出应有的贡献。