到底什么是材料基因，电池领域有啥用处，有啥软件可以实现吗？

whynot？1990

大家好，我是一个初学者，经常听到材料基因这个词，实在不明白，希望有人帮忙回答一下，感谢
这个材料基因跟我们电池有啥关系？这个材料基因跟我们的DNA一样吗？
目前来说我们正极材料的小公司很多时候都在做工艺上的研究，这个材料基因真的有用吗？
顺便问下，有没有啥软件可以用来处理这个所谓的材料基因，想学习一下这个软件，这个应该跟comsol不一样吧！

awlz12345

材料基因是根据美国的材料基因组计划提出的概念，目的是建立材料的微观性质（如晶胞信息等）-宏观物化性质的映射关系，手段是通过高通量计算/人工智能等方法，传统研究材料性质的方法是通过试错（实验）的正向探索，通过材料基因的概念可以实现从大数据的角度对 材料进行高效并行开发，目前算是热点之一，但问题在于效率确实高，但精度较之实验会差很多，一般是用作实验的验证，即在理论知识略有欠缺的前提下，可以通过这个概念做出一些验证性预测，作证实验的可靠性。

admin

材料基因是从微观尺度进行了解的，你把材料理解为人，人是需要基因进行编码生成的，材料的性能也会由他对应的基因进行编码组成，这个就说相当于你们做的一些工艺，每个工艺都是相当于基因进行做编码处理的。小公司做的话，可能没有这么多钱，最好是可以找到专门做这块的公司进行交流设计方案。没有并没有啥全套的软件，只有各种尺度的软件进行处理各种尺度的问题

awlz12345

至于软件，因为这个是一个概念，并不是一种实际的方法，所以不存在特定的软件，或者说有很多软件都可以实现：
高通量计算就是很原理化的第一性原理/分子动力学等等 结合编程语言实现高效并行的大规模计算 优点是直观 原理清晰，缺点对于设备的要求高
人工智能手段更接近于黑箱模型，建立从基础性质到宏观性质的映射，优点是简单，设备要求不算高，缺点是对于训练数据的要求高，且对于训练结果的解释性未必能充分
都需要掌握一定的编程语言

chengjunlei

定义：组成了该材料的基本单元，如材料的原子、分子、官能团（功能团）等，被称为材料的基因。

说明：材料基因（Materials Genome）借鉴了生物基因的概念。

历史：2011年6月24日，Obama宣布启动一项投资超过5亿美元的“先进制造业伙伴关系”计划（AMP计划），以期通过政府、高校及企业的合作来强化美国制造业。投资逾1亿美元的“材料基因组计划”（Materials Genome Initiative，MGI ）是其组成部分之一。目标是帮助美国企业发现、开发、生产和应用先进材料的速度提高到目前的两倍，从而促进美国制造业的复兴，保持美国的全球竞争力。

所谓的“东西”当然是有用的，目的就是缩短材料研发周期，这已经是交叉学科的交叉学科的范围了，依托的软件和平台并没有固定的；当然如果只是想水点东西当我没说。

Wenshuo

译自谢建新院士：材料基因组工程前沿的展望

自21世纪以来，全球技术和工业革命的迅速发展加剧了当代高科技和经济对高性能材料的依赖。然而，当前的材料研发模式仍然严重依赖于经验和“试错法”，这种方法效率低下、成本高昂，远远不能满足高科技和高端装备行业对先进材料迭代开发的需求。为了填补这一空白，材料科学家们从人类基因组研究项目中获得灵感，提出了“材料基因组计划（Materials Genome Initiative, MGI）”，旨在推动计算、实验和大数据的整合，发展革命性材料技术，加速新材料的开发和应用。这是一个面向工程应用的重大项目，将引领先进材料的变革性发展，因此我们称之为“材料基因组工程（Materials Genome Engineering, MGE）”。

MGE整合了材料学、物理学、化学、数学、信息科学和先进制造等多个学科，是一个由人工智能（AI）和大数据驱动的全新研究领域。通过各学科、领域和技术的深度融合，可以克服传统材料科学领域的发展限制。此外，材料科学与工程的内涵将得到显著扩展。所有这些都将引领材料研究前沿的发展，并可能孵化出新的研究领域和方向。

MGE深入研究了从电子/原子/分子尺度的材料结构、相粒度微结构、制备和加工条件，到最终性能和使用性能之间的科学规律。这将导致构建包含“材料组成-结构-过程-性能-表现”（即“基因组”数据库）复杂内在关系的数据库和知识库。MGE专注于开发和应用颠覆性的前沿技术，如高效和自主计算、自动和自主实验、材料大数据和人工智能。这些技术转变了材料研发中盛行的“试错法”模式，同时也引入了新的理论和方法。新的模式将会出现，加速从制造到应用的新材料和新工艺的发现和开发。因此，MGE被视为材料研发和应用的“加速器”。

原文：Xie J. Prospects of materials genome engineering frontiers. MGE Advances. 2023; 1(2):e17.