材料基因工程：材料设计与模拟

刘利民（中科院北京计算中心，北京 100080）

材料基因工程：材料设计与模拟

刘利民
（中科院北京计算中心，北京 100080）

本文引用格式：刘利民.材料基因工程：材料设计与模拟[J]. 新型工业化，2015，5（12）：71-88.

1 材料设计与模拟发展现状

1.1 材料设计与模拟的主要内容

材料模拟与计算设计主要包括两个主要内容：一个是材料的计算模拟，即通过建立数学模型进行数值计算，模拟实验的实际过程；另一个是材料的计算设计，即直接通过材料的理论模型和数值计算结果，预测或设计新材料结构与性能。材料模拟与计算设计架起了从微观结构到宏观性质，从基础研究到工程应用的桥梁。小到纳米尺度的原子分子团簇，大到飞机航母等大尺度的宏观材料性质都能通过不同的方法进行计算模拟。随着材料科学和计算机技术的飞速发展，我们能实现多尺度、高通量的材料模拟和计算设计，这将有助于我们理解材料结构与性能、功能之间的关系，引导新型功能材料发现和发明，缩短新材料研发周期，降低新材料研发过程成本。

1.2 材料设计与模拟和中国社会经济发展的联系

1.2.1 材料设计与经济发展的联系

改革开放三十年以来，中国的经济保持高速发展，国民生产总值已经于2010年超越日本，跃居世界第二位。按照当前中国经济的发展速度，若干年后中国必然会超越美国成为世界第一强国。中国科学院的研究报告曾指出：“如果说20世纪是美国的世纪，那么21世纪将是中国的世纪。……