“研發(fā)速度提高一倍、研發(fā)成本降低一半”，美國“材料基因組計劃”啟動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)，往往會給一個領(lǐng)域甚至整個社會帶來劃時代的變革。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。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“無機材料基因科學創(chuàng)新中心”。中心主任、中國工程院院士江東亮接受本報記者專訪時表示，盡快啟動國家層面的“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。

       材料科學發(fā)展到今天，科學家已基本了解了每種元素的特性，通過結(jié)構(gòu)計算和模擬優(yōu)化，即可預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，科學家憑經(jīng)驗與感覺，在實驗中嘗試著不同配方，做出一個樣品，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20年之久。但隨著全球科技、經(jīng)濟競爭的加劇，各行各業(yè)對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)濟高速發(fā)展的需求。

       材料基因科學的研究有望使先進材料從概念到產(chǎn)品的研發(fā)時間縮短一半。新方法好比按圖索驥：人們需要什么性能的材料，就先對“材料基因”進行計算，看看哪些組合可能做到；接著，用材料芯片對各種組合的配比進行篩選，找出最佳的組合；最后，才制成樣品進行實際的測試。

       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，可以同時試驗1024種不同的材料“配方”，每種材料只需針尖大小的那么點兒。而傳統(tǒng)方法一次只能試驗3-5種配方，“過去可能要尋找?guī)啄甑男虏牧吓浞?，現(xiàn)在只需幾個月就能有初步結(jié)果”。

       “材料基因組”：尚缺國家層面戰(zhàn)略引導

       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，新的高溫合金和復合材料的出現(xiàn)，使制造超音速戰(zhàn)機成為可能，如今已有10倍于音速的高超聲速飛機誕生，繞地球一圈只需2-3小時。又如，上世紀50年代半導體硅材料的突破，使人類進入了微電子時代；石英光導纖維的制成，促使光通訊時代到來……“新材料的研發(fā)與應(yīng)用是反映一個國家科技競爭能力的主要因素之一。先進材料是我國成為制造業(yè)強國戰(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，建立了多個以國家實驗室、高校為中心，大企業(yè)參與的區(qū)域材料創(chuàng)新中心。“基因計劃提出后，哈佛大學就主動提供5萬多個材料的數(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“無機材料基因科學創(chuàng)新中心”。該中心集成上海硅酸鹽研究所在計算材料、高通量合成與快速篩選、微結(jié)構(gòu)表征、先進制造以及無機材料數(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)展需求的先進無機材料，解決材料設(shè)計、快速篩選、智能制造等關(guān)鍵科學問題；基于材料基因組理念，運用計算模擬及高通量篩選平臺，系統(tǒng)開展多尺度與多層次的材料設(shè)計、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，加速我國無機材料研究步伐，帶動和引領(lǐng)無機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，中國科學家就召開了香山會議，探討中國版“材料基因組”計劃，隨后中國工程院又做了相關(guān)調(diào)研，并形成了咨詢報告。

       專家在報告中建議，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)。同時還建議建設(shè)國家材料數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)及共享機制，實現(xiàn)國家材料科學數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)化、標準化、智能化、商業(yè)化等。

       “無機材料基因科學創(chuàng)新中心”的成立，期望為無機材料的研發(fā)提供一個產(chǎn)學研的平臺，并期望通過體制機制的創(chuàng)新推進無機材料基因科學的發(fā)展。江東亮說，隨著越來越多的科學家、企業(yè)參與到這個平臺中，新材料的研發(fā)將會呈現(xiàn)爆發(fā)式增長，這將是我國向制造業(yè)強國轉(zhuǎn)型的基礎(chǔ)。