基于Matcloud的超高分子量聚乙烯材料力学性能预测开题报告

 2020-02-10 11:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)


1.研究目的及意义

1.1目的

1、全面了解材料基因工程的概念和内涵

2、掌握高通量材料集成计算及数据管理平台Matcloud的使用

3、利用Matcloud计算平台获得超高分子量聚乙烯材料分子量与力学性能之间的关系

1.2国内外研究现状

集成计算材料工程的概念最早是由2008年美国国家研究理事会出版的一份报告中所提出的一门新的学科,其目的是通过材料计算工具与其他工程领域的计算工具相结合,使得材料的研发时间大大缩短[1]。2011年,奥巴马正式提出“材料基因组计划”(MGI)。与此同时,欧盟于2011启动第七框架项目“加速冶金学”(ACCMET)。2012年,欧洲科学基金会还推出了2012-2022欧洲冶金复兴计划;日本也启动类似的材料科学计划。随着我国综合国力的不断提升,我国于2011年在科学院和众多院士的带领下进行了“材料科学系统工程”的香山会议。2016年科技部发布了国家重点研发计划高性能计算等重点专项申报指南,启动了“材料基因工程关键技术与支撑平台”重点专项。专项的主要研究内容是,构建高通量计算、高通量制备与表征和专用数据库等三大示范平台;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;在能源材料、生物医用材料、稀土功能材料、催化材料和特种合金等支撑高端制造业和高新技术发展的典型材料上开展应用示范[2]。在2002年,日本文部科学省启动纳米生物技术、能源和环境领域“生产技术先进仿真软件”的开发;2009年,开始“间隙控制材料设计和利用技术”,同年,文部科学省联合推行“分子技术战略”。新加坡高性能计算研究院开发的APEX(Advanced ProcessExcept)数据挖掘技术已被用于解决工业问题[3]。近年来,我国新材料的研发在几代科学工作者的不懈努力下取得了较为瞩目的成绩,但是由于起步晚、起点较低的缘故,与发达国家的材料基因组工程的发展相比,整体水平存在不小的差距。总的来说,我国新材料产业在发展过程中存在如下问题--[4]: = 1 \* GB3 ①我国材料研究多以跟踪和仿制为主,虽然有不少技术和工艺上的创新,但是工程化应用程度仍然不够,缺乏国际竞争力,特别是融合计算、测试和表征、开发、优化的高速立体材料开发模式尚未形成。 = 2 \* GB3 ②与欧美、日本国家相比,我国在材料计算方法及模拟计算软件开发等方面仍处在购买引进国外的计算软件和数据库的水平,具有自主知识产权的软件和数据库较为缺乏。 = 3 \* GB3 ③随着国家对新材料产业的高度重视,国内很多高校、科研院所已拥有世界上先进的合成、表征和测试等方面的仪器设备,但基本处于各位己有,平台协同共享公用存在很大的难度。 = 4 \* GB3 ④尽管我国从事材料研究的高校、科研院所及企业等单位众多,但材料从发现到应用全过程数据采集、整理工作不够系统和全面,造成大量数据闲置与浪费,使得材料数据库建设进展十分缓慢,知识产权保护体制机制亟待改进。材料基因工程的工作模式可大致总结为试验驱动、计算驱动和数据驱动3种。以“数据 人工智能”为标志的数据驱动模式围绕数据产生与数据处理展开,代表材料基因工程的核心理念和发展方向[5]。以前的材料研究多以“试错法”结合经验进行材料的预测重组,而现在正在想科学的第四范式进行根本的转变。

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