宋海艳 汤莉华 杨翠红
黄文丽 马 君 李泳涵
1 引言
1.1 材料基因组提出及背景
材料基因组（the materials geno me）是近年来材料学科和制造领域非常活跃和热门的方向，它的提出和研究，源于美国总统奥巴马于2011年6月发表的主题演讲“先进制造业伙伴关系”（Advanced Manufacturing Partnership, AMP），其中明确提出“材料基因组计划”（The Materials Genome Initiative, MGI）。作为一个国家性“运动”，材料基因组工程由白宫科技政策办公室联合国防部、能源部、商务部、国家科学基金会、工程院、科学院等机构联合实施[1]，其基本理念是期望变革材料传统研发模式及思维方式，实现快速、低耗、创新发展新材料。
在白宫科技政策办公室发布的《具有全球竞争力的材料基因组计划》（Materials Genome Initiative for Global Competitiveness）白皮书中，阐述了材料创新基础设施的三个平台，即计算工具平台、实验工具平台和数字化数据（数据库及信息学）平台，强调该基础设施是材料设计与制造的“加速器”，可以将先进材料的发现、开发、制造和使用的速度提高一倍，从而加速美国在清洁能源、国家安全、人类健康与福祉以及下一代劳动力培养等方面的进步，保持和提升美国新材料的技术优势，促进其制造业的复兴（见图1）[2]。从中可以看出，材料基因组是期望集成计算工具、实验工具和数据库来加快材料的设计与应用。
图1 材料创新基础设施内涵
1.2 材料基因组研究领域
材料基因组以多学科交叉、多尺度跨层次算法发展、多软件集成及第一性原理计算为科学基础，通过高通量自动流程计算、高通量材料组合设计实验及材料设计数据库协同运作，最终形成集材料设计、合成、性能检测、性能改进于一体的先进材料研发体系，缩短研发周期，加快新型材料发展与应用。根据材料基因组的内涵，从两个方向概括其研究领域。
1.2.1 材料计算方法与实验工具
材料基因组期望像生物学的“基因”作用一样，通过材料的成分、结构和性能研究，发现“影响材料性质的本质因素”，其基本思路是通过建模与计算，实现对材料成分设计、结构预测、加工制备以及服役行为和过程的定量描述，揭示材料化学因素和结构因素与材料性能和功能之间的相关机制和内在规律，为创新材料、实现按需设计材料提供科学基础[3]。使得材料基因组的研究虽然建立在计算材料学的基础上，具有较好的学科发展基础，但仍需要从材料的显微组织及原子排列入手研究材料的性能，特别是要寻找和建立材料从原子排列到相的形成到显微组织的形成到材料宏观性能与使用寿命之间的相互关系，以加快材料研发速度，降低材料研发的成本，提高材料设计的成功率。在这部分，材料理论的计算与模拟，以及高通量快速的实验方法是材料基因组成功的关键。正因为材料基因组基于计算材料，因此，早期启动的AIM项目（2000年，Accelerated Insertion of Materials，加速材料应用）和ICME报告（2008年，Integrated Computational Materials Engineering，集成计算材料工程）为材料基因组的实施奠定了研究基础和可行性。而且，计算材料所研究的各种计算工具如第一性原理、分子动力学、CALPHAD方法、相场方法、相场模拟、多尺度计算等方法也通过材料基因组工程取得更多进展。与此同时，材料领域已经开发和使用的用以研究材料成分、结构、缺陷、显微结构和性能的多种实验工具在材料基因组中进一步得到应用，如扩散多元节方法、高通量材料性能测试方法、三维微观结构的表征、组合材料学方法、组合化学等，为材料基因组的预测成分–相–结构–性能的理论体系提供大量的实验结果和理论验证[4]。
1.2.2 材料数据库
依据数据的生产来源，材料数据分计算数据、实验数据和生产数据3大类，在发展过程中形成了其独有的特点，主要表现在材料数据的可靠性要求高、材料数据之间的关联性强，影响因素复杂、材料数据获取过程复杂、材料数据分散而且具有很强的知识产权属性[5]。为此，材料数据的分析与挖掘成为材料领域科学发现的新途径，材料数据库可谓是一个有效的解决方式。拥有一个高度共享和智能便捷的材料性能数据库是开展材料基因组工作的另一重要基础设施。材料基因组计划启动后，与之相关的材料数据库、材料数字化数据、材料信息学以及相关的数据应用显得更为重要，一方面，材料领域的数据库非常分散，没有一个通用的国际标准把分散的数据库集中起来；另一方面，大量的实验数据在保存中，需要保留元数据及数据原始信息，以判断数据的可靠性，加之开放数据库和商用数据库之间的利益权衡等都有待进一步的深入研究。当前，美国NIST正在积极促成一个国际通用的材料数据库标准，来整合各种来源和类型的材料数据库。此外，材料数据是材料设计计算与模拟的基础，充分利用数据库的信息来加速材料设计，来满足材料设计的需求，据此材料信息学成为一个非常重要的研究方向之一，这就需要更多借鉴计算机科学和信息学的方法，加强材料数据库及材料信息学技术的自主开发，如数据标准制定，数据共享协议制定，数据内容建设，数据分析与数据挖掘技术，以及数据库管理和使用机制等[6]。材料基因组就是要建设材料模型和性能数据库来实现快速设计新材料的目的。
2 主要国家发展战略要点
以美国为首、欧盟及其成员国（包括英国、法国、德国）以及日本、中国等在国家发展战略中将加速材料研发与制造作为发展重点，均在材料基因组的研究中有所投入并取得了进展。
2.1 美国[7]
“材料基因组计划”最早由美国于2011年6月提出，旨在将应用于能源、交通、安全和食品消费等领域的先进材料的“研发周期缩减50%、成本锐减”，以实现国家安全、人类健康和福利、清洁能源系统以及基础设施和消费类产品的国家目标。
2014年12月，美国发布了《材料基因组计划战略规划》，公布了9大关键材料研究领域下的61个发展方向。9大关键材料研究领域包括：生物领域、催化剂、树脂基复合材料、关联材料、电子和光子材料、能源材料、轻质结构、有机电子材料、聚合物，其中树脂基复合材料、关联材料、电子和光子材料、储能材料以及轻质结构材料这5类材料涉及37个重点方向，对国家安全影响重大。根据材料基因组计划的任务宗旨，美国国防部（DOD）、能源部（DOE）、国家航空和航天局、国家标准技术研究院（NIST）、美国国立卫生研究院、国家科学基金会（NSF）、美国地质调查局、内政部等联邦政府机构联合众多高校、企业、科研院所部署了多个大型项目，开展相关的研究活动，迄今投资已超过10亿美元[8]。
2.1.1 美国国防部（DOD）
国防部是以保卫国家国防安全为主要任务的联邦政府机构，关注如何通过材料基因组计划，促进与增强集成计算材料工程（ICME）对未来作战系统的负担能力以及长期计算创新能力。
国防部重点投资：① 开发进一步加速国家先进材料能力所需的基础工具；② 建立通信基础设施支持大量理论、计算和实验数据的存储和共享；③ 利用先进工具集合数据库培养下一代科学家和工程师。目前，国防部、能源部国家核安全管理局（NNSA）和国防实验室部正在加大投资国家安全材料的研究，提升国家安全。许多重要材料的发展最终被转换为商业品，同时有助于增强国家的幸福感。如使用拉曼光谱原位探测燃料电池。
国防部参与的材料基因组大型项目有：合理设计先进高分子薄膜电容：多学科大学研究倡议（MURI）；集成材料建模卓越中心（CEIMM）；集成计算材料科学与工程（ICMSE）；多学科大学研究倡议（MURI）：微结构镶嵌；高能衍射显微术创新之材料变形与破坏（Innovation in High Energy Diffraction Microscopy Adds New Insights to Material Deformation and Failure）；AFLOW材料数据库（Automatic Flow for Materials Discovery）
2.1.2 美国能源部（DOE）
能源部以研究国家先进能源材料为基础，进而达到降低成本和保护生态环境的目的，主导推动能源相关的先进研究和软件开发，如储能、太阳能燃料、极端条件材料、功能材料如催化剂和光伏、磁性和超导材料等。目前DOE MGI设有基础能源科学办公室（BES）、能源效率和可再生能源（EERE）办公室和化石能源（FE）办公室。
能源部参与的大型项目有：能源储存研究联合中心（Joint Center for Energy Storage Research (JCESR)）；钻石的光辉（The Brilliance of Diamonds）；人工光合作用联合中心（JCAP）；集成结构材料预测科学（PRISMS）中心；材料数据库（The Materials Project）；美国能源部燃料电池技术部数据库（DOE EERE Fuel Cell Technologies Office Database）；纳米多孔材料基因组中心（The Nanoporous Materials Genome Center）。
2.1.3 美国国家航空和航天局（NASA）
美国国家航空和航天局提供进一步暴露在极端环境下运载火箭和其他基础设施材料的平台。由NASA空间技术任务理事会（STMD）开发首创、跨领域的技术，协调内外部利益相关者完成多任务。STMD的成熟技术需要NASA的航天产业作为探索基地。STMD的组合使材料基因组计划有望在材料、结构和先进制造业项目中发挥至关重要的作用。
NASA的另一个重点是开发新技术，其愿景是材料和制造的全面过程都是数字设计，目标是提供在计算上引导材料设计用于热保护系统（TPS）、结构材料和智能材料，以及超级合金、陶瓷基复合材料（CMC）和多功能材料的关系数据库。此外，NASA将与其他MGI成员机构努力协调，以刺激美国制造业降低新兴材料体系上市的时间。NASA将分别调整其材料开发领域在NASA技术领域10和12路线图。
2.1.4 国家标准技术研究院（NIST）
国家标准技术研究院NIST通过先进测量科学、标准和技术的方式促进美国革新和行业竞争力，保障国家经济安全和改善生活质量。MGI通过提供技术方法精确解决这些任务元素，以降低材料发现、优化和部署的成本。NIST所主导的“先进材料设计”（Advanced Materials by Design）项目将针对标准基础设施、参考数据库和卓越中心的发展，使材料的发现和优化计算建模和仿真更为可靠。
国家标准技术研究院主导的项目有：分层材料设计中心（CHIMAD）；材料数据管理系统（Materials Data Curation System）；理论和计算材料科学中心（CTCMS）；先进材料设计数据和计算工具：结构材料的应用-钴基高温合金（Data and Computational Tools for Advanced Materials Design: Structural Materials Applications-Cobalt Based Superalloys）；材料数据管理系统(Materials Data Curation System)。
2.1.5 美国国立卫生研究院（NIH）
美国国立卫生研究院是美国进行和支持医学研究的主要联邦机构，使命是探索生命本质和行为学基础知识，并充分运用这些知识延长人类寿命，以及预防、诊断和治疗各种疾病和残障。NIH重点关注材料、特别是生物材料的进步，有着巨大的生物学和医学潜在价值，有可能开拓医疗保健的新纪元。例如，联邦机构的研发投资，已产出可用于研究和了解健康和疾病的生物过程的高级材料、工具和仪表。NIHMGI的研发帮助开拓了检测、诊断和治疗常见和罕见疾病的新范式，最终研发新的治疗和诊断的生物标记物、测试和设备。
2.1.6 美国国家科学基金会（NSF）[9]
美国国家科学基金会支撑基础科学和工程研究，任务是通过资助基础研究计划，改进科学教育，发展科学信息和增进国际科学合作等办法促进美国科学的发展，以促进国民健康、繁荣和福利。据NSF网站数据统计，2012—2015年，NSF对材料基因组计划的核心资助项目达74项，累计金额近4 000万美元（见图2）。其中，2012年、2013年，NSF的资助项目分别为13项、14项，2014年剧增至27项，2015年前10个月，项目资助也已达20项。与2012年、2013年相比，2014年、2015年材料基因核心项目投资金额翻了近3倍多。在这些资助项目中，资助金额少于或等于5万美元的有13项，大部分资助额在10万 ～ 50万美元，达36项，50万 ～ 100万美元11项，大于100万美元的有12项（见图3）。NSF材料基因资助立项单位近90%都分布在各大院校（见表1）。
图2 美国NSF对材料基因组相关项目投入图
图3 美国NSF对材料基因组相关项目数量与金额投入图
表1 美国NSF资助的材料基因组在研重点项目
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2.1.7 美国地质调查局（USGS）、内政部（DOI）
美国地质调查局主要负责自然灾害、地质、资源、地理、环境、生物信息方面的科学研究、监测、收集、分析、解释和传播。USGS是发现、评估和生产矿产资源联邦信息的主要来源，其中包括如何以及在哪里可以找到周期表的所有元素。
内政部和美国地质调查局参与的大型项目：非常规国内来源关键和/或战略元素确定的新方法（Innovative methods to identify critical and/or strategic elements from unconventional domestic sources）；土壤六价铬定量创新方法的开发与应用（Development and application of innovative methods for quantification of hexavalent chromium in soils）
2.1.8 近5年美国材料基因组计划实践活动大事记
根据负责单位，分联邦机构和非联邦机构活动两部分。
1）联邦机构相关实践活动
（1）2011年：
美国启动“材料基因组计划”；建立了Materials Explorer、Phase Diagram、Lithium Battery Explorer、Reaction Calculator、Crystal Toolkit、Structure Prediction等基础数据库，并保持软件升级与数据更新[10]。
（2）2012年：
国防部投资1 700万用于材料研发、性能预测与优化。
能源部投资1 200万美元集成计算工具、实验工具和数据于一体，研发高技术＆高性能材料；同时，开展BES 项目（基础能源项目），以一所大学和国家实验室为平台，致力于预测理论和仿真建模。
国家科学基金会宣布“材料设计——革命与构筑（DMREF）”计划，以及与NSF相关的计划包括21世纪空间基础设施建设计划（CIF21）以及先进大数据科学与工程的核心技术等；此外，和能源部（DOE）宣布未来将投资2 500多亿用于材料科研项目基金[11]。
美国材料信息协会（ASM International）创立计算材料数据网络（Computational Materials Data Network），其咨询团队由美国国家标准和技术研究院、美国材料信息学会、NASA马歇尔太空飞行中心、惠普公司、剑桥大学等单位的材料科学与工程领域专家组成（ASM International, 2012b）。
（3）2013年：
国防部建立轻质和现代金属工艺研究院（Lightweight and Modern Metals Manufacturing Institute），加强金属工艺制造，开展基础项目研究。
能源部选择Argonne National Laboratory并让其牵头，完成Joint Center for Energy Storage Research，按照MGI理论，研发并设计新电解液取代锂离子电池；未来5年内将斥资1.2亿美元建立了关键材料研究院（CMI）[12]，致力于采用新型革新清洁能源技术研发。
国家标准技术研究院和芝加哥团队合作成立材料分级设计（CHiMaD）中心。
MGI联合网络和信息技术的研究和发展计划（NITRD），确保MGI大数据的研发活动。
白宫宣布斥资2亿在联邦机构建立3所新制造革新研究院（New Manufacturing Innovation Institutes）—美国制造、轻质和现代金属革新研究院和下一代动力电子革新研究院。
（4）2014年：
国防部联合DOE 和NSF资助来自200家公司、大学、国家实验室的500多名科学家，致力于材料革新、研发材料计算和检测新工具。
功能材料组合方法工作平台[13]（Combinatorial Approaches to Functional Materials Workshop）正式成立。该平台由Applied Materials Inc、the University of South Carolina、NIST以及OSTP共同组建，以期通过高通量实验来实现MGI 的目标。
国家标准技术研究院投资2 500万美元，集中用于新兴工业部门（仿生材料、有机光伏材料、先进陶瓷、结构用新型聚合物和金属合金）先进材料研发。
在NNMI 平台建设基础上，国防部带领两个研究院，集中解决数字化制造、设计革新以及轻量化和现代金属制造的问题，并主导开展“下一代动力电子制造”课题研究[14]。
奥巴马宣布出资1.48亿美元建立先进制造业中心，重点研发用于国防、航空等领域的先进轻型金属材料。
（5）2015年：
白宫宣布近期将向公众开放多个材料学数据库，以此促进新材料的研发与合成。
政府发起了一项与材料基因组计划有关的材料科学和工程学数据挑战赛，旨在开发利用公开数据库研发新材料的创新型方法。
2）非联邦机构MGI相关实践活动
（1）2012年：
来自多材料学科和制造领域的31家组织机构单位签署Orlando Materials Innovation Principles。作为一个团队，共同研发和应用新IT工具、开发可供数据和知识共享的开放模型。
康涅狄格大学和康涅狄格州预计在先进材料领域和MGI计划扶持下投资1.7亿美元，成立工业园[15]；密歇根大学预计未来5年内投资3 000万美元，成立计算机科学与工程研究院、新高性能计算资源，研发和优化材料制备工艺；麻省理工学院和劳伦斯伯克利国家实验室开放公众数据库，数据库拥有相关材料1.5万多种。
国家添加剂制造革新研究院（National Additive Manufacturing Innovation Institute: America Makes）成立。
美国国家军队实验室开展“The Enterprise for Multiscale Research of Materials”课题，进行新电子和电磁设备极端动态环境下的材料设计与应用。
来自职业机构的67万名职工代表联名签署以支持MGI决议[16]。
（2）2013年：
The University of Wisconsin，Madison 和the Georgia Institute of Technology宣布将投资约1 500余万美元创建材料革新研究院（New Institutes in Materials），同时将联合密歇根大学共建材料革新加速网络化平台（A Materials Innovation Accelerator Network）[17]。
密歇根大学继续投资2 000万美元建设致力于研究集成计算材料的新密歇根大学中心（UM中心），以及软材料（softmatter）建模与仿真“集成实验室（assembly lab）”，并且对话Georgia Tech 和UW–Madison，共同建立全国材料革新加速网络化建设（National Materials Innovation Accelerator Network），将其作为MGI的一个组成部分；哈佛大学建设清洁能源材料数据库；MIT等高校就如何正确定位MGI、考虑材料革新和产品商业化等问题开展网上免费培训课程；乔治科技学院宣布于2013年投资1 000万美元建立新材料研究院（IMat）跨学科研究院所。投资部分金额用来建成性能更为强大的数据革新生态系统（A Stronger Materials Innovation Ecosystem）。
JCESR[18]（Joint Center For Energy Storage Research）研发最优锂电系统，成为MGI计划实施高效性的有力证明；军队研究实验室（ARL）建设材料选择与分析工具（MSAT），包含胶黏剂数据库和复合材料数据库。此外，还有MIUL数据库、MUA 数据库、NASA技术标准项目等。
（3）2014年：
白宫2014 财年计划中提到投资10 亿美元用于商业部建立美国国家制造创新网络计划（NNMI）[19]。
NNMI分别成立下一代动力电子制造革新研究院（Next Generation Power Electronics Manufacturing Innovation Institute）、数字化制造和设计革新研究院（Digital Manufacturing and Design Innovation Institute）、轻质和现代金属制造革新研究院（Lightweight and Modern Metals Manufacturing Innovation Institute）。
康奈尔大学、杜克大学等合力研发并提供高通量数据研发开放软件和相关数据；南卡罗来纳州大学将免费提供相关课程培训，并即将开放有关高通量计算网络教程。
2.2 欧盟及其成员国
欧盟以轻量、高温、高温超导、热电、磁性及热磁和相变记忆存储六类高性能合金材料需求为牵引，于2011年启动了第7框架项目“加速冶金学”（accelerated metallurgy, ACCMET）计划[20]。考虑到计算材料学目前尚不具有预测所有材料性能的能力，项目组织了包括材料需求与制造企业、仪器设备商、政府机构、大学、大科学装置（如欧洲同步辐射光源ESRF）等几十家单位参与，共同开发以激光沉积技术为基础的适用于块体合金材料研发的高通量组合材料制备与表征方法，对数以万计的合金成分进行自动化筛选、优化与数据积累，旨在将合金成分研发周期由传统冶金学方法所需的5 ～ 6年缩短至1年以内。
欧洲科学基金会下的“研究网络计划”中多个项目涉及材料模拟，其中2011年开展的“材料从头计算模拟先进概念计划”（Advanced Concepts in ab-initio Simulations of Materials(Psi-k2)）[21]，致力于“从头计算”的计算方法，“对原子层级的材料进行自由参数计算，且该计算方法适用于所有凝聚态系统”。同时，欧盟成员国旗下的英国科学与技术设施委员会、剑桥大学材料及冶金系、英国爱丁堡大学凝聚态物理研究组、英国苏塞克斯大学理论化学与计算材料研究组、法国国家科学研究中心、德国马普学会、苏黎世联邦理工学院、瑞士联邦材料科学和技术研究所、曼彻斯特大学实验室等都从计算方法、材料设计、材料实验、材料数据库建设开展了材料基因研究工作。2012年，欧洲科学基金会又推出总投资超过20亿欧元的2012—2022欧洲冶金复兴计划[22]，将高通量合成与组合筛选技术列为其重要内容，以加速发现与应用高性能合金及新一代其他材料。2014年1月31日，欧盟科研创新计划“地平线2020”[23]在英国正式启动，“地平线2020”科研规划的预算在第七个框架计划基础上增加了36%，达800亿英镑，实施时间为2014—2020年，囊括了包括框架计划在内的所有欧盟层次重大科研项目。
2.2.1 英国
英国科学与技术设施委员会[24]（Science and Technology Facilities Council，STFC）的化学部、计算科学工程部、冶金和材料部等都开展了材料基因的相关研究与项目合作。化学部、冶金和材料部共同资助了“Material Systems for Extreme Environments”，金额高达8 000 000英镑，该项目致力于研究材料操作系统中材料的加工、微观结构、属性在极端环境下是如何相互影响、相互作用的，以期通过设计，制备性能理想的材料。冶金和材料部还与利物浦大学联合开展Integration of Computation and Experiment for Accelerated Materials Discovery项目研究，资助金额为6 650 590英镑，用于结构、性能预测、测量和材料合成的日常集成计算和实验，发现新材料。计算科学工程部也与英国工程和自然科学研究委员会开展了表面界面合作计算项目、全球同步加速器研究理论网络开发方法、平面波赝势方法与高性能计算机等。
英国爱丁堡大学凝聚态物理研究组就材料缺陷、非平衡相变、分子物理等计算材料物理领域展开积极研究[25]。剑桥大学的材料科学与冶金系基本涵盖了所有主要领域的研究课题，设有陶瓷基复合材料、金属基复合材料和聚酯基复合材料3个科研组[26]。著名的卡文迪什实验室一直以来都进行着关键性基础研究工作，从多方面影响材料科学的发展。英国苏塞克斯大学[27]理论化学与计算材料研究小组主要进行富勒烯等大分子的密度泛函模拟、金属离子系统、原子与分子碰撞理论等研究。
2.2.2 法国
法国国家科学研究中心[28]对实际材料的变形进行了创新性的研究，引入位错动力学模型，用于研究材料的疲劳、蠕变等，并已在晶体辐射损伤缺陷对材料强度的影响以及塑性形变局域化等的形成机制方面取得重大成就，进一步增进了位错集体行为的深入了解。
2.2.3 德国
德国马普学会[29]涉及材料基因研究的机构主要有化学研究所、固体物理和材料研究所、钢铁研究所、冶金研究所，从事非晶态固体材料、陶瓷材料等领域研究。2011年，学会里的动态结构研究小组成功利用强红外激光脉冲照射将稀土氧化物陶瓷材料转变为高温超导体。钢铁研究所[30]在计算材料设计方面的主要研究有：多尺度从头计算，半导体纳米结构电子和光学性能多尺度模拟，金属储氢第一性原理研究，表面和相图中被吸附相的从头计算研究，铁铝合金第一性原理研究，生物钛合金相稳定和机械性能研究，铁结构与磁性的从头计算，铁材料中C—C相互作用的第一性原理研究，形状记忆合金温度效应的从头计算研究等[31]。
2.3 日本
日本一直致力于材料计算模拟研究与材料开发相结合的研究，有着自己的显著特色。MGI启动后，日本也启动了类似的科学计划，计划在玻璃、陶瓷、合金钢等领域建设材料数据库和知识库[32]，同时尝试建立专家系统以提高、促进其协调创新能力[33]。
日本产业技术综合研究所、日本理化学研究所、日本国立材料科学研究所等研究机构，东京大学、东北大学等大学也都成立了计算材料科学实验室相继开展材料基因的相关研究。日本理化学研究所RIKEN[34]（RIkagaku KENkyusho/Institute of Physical and Chemical Research）于2010年7月成立了先进计算科学研究所（AICS），致力于计算模拟基础上的科学预测，维护计算机的使用环境，重点推进计算科学和计算机科学的学科合作项目，使各界研究人员能够共享使用，推进新材料等领域先进知识的共享，解决全球问题。计算材料科学中心重点开展纳米材料等新型材料的合成与模拟研究。日本国立材料科学研究（NIMS）[35]专门从事材料研究，主要进行材料的合成、表征和应用的研究，包括金属、半导体、超导体、陶瓷、有机材料、纳米材料等。2011年开展了第三期中期项目（3rd Mid–Term Program）的研究，优先关注3个重点研发领域：能源材料、环境材料和资源场材料、先进关键技术领域、纳米材料领域，解决2个研究挑战，即响应社会需求、研发先进材料；在创新材料研发上有所突破。东京大学[36]材料基因研究的所属机构主要有物性研究所和计算材料科学实验室，前者主要进行新材料的设计、合成与表征研究；后者致力于从头计算、分子动力学和紧束缚方法在计算材料科学、计算凝聚态物理的研究。
2.4 中国
中国对于“材料基因组计划”的突破，主要研发以计算为主的“基于集成计算的材料设计基础科学问题”和以实验为主的“高温合金材料设计与制备的基础研究”等项目。随着美国MGI的推出，扩大和加强了中国和其他国家对MGI的战略研讨，围绕材料高通量的制备、设计和表征方法等方面，近年也启动了以“集成高通量实验与计算的钛合金快速设计”[37]为代表的973计划、863计划和国家自然科学基金项目（NSFC）等研究。其中，NSFC自MGI启动后资助的材料基因组相关项目见表2。
表2 中国NSFC资助的材料基因组在研项目[38]
面对材料基因组计划带来的挑战与机遇，在诸多著名专家学者主导下，我国一些高校和科研院所、企业积极行动、参与推进“材料基因组工程”的研究，推进中国版材料基因组计划，从2011年第S14次香山科学会议研究中国应对材料基因组计划的策略，到2012年，启动“材料科学系统工程发展战略”——中国版材料基因组计划重大咨询研究项目，再到2013年，中国科学院召开“材料基因组计划”咨询项目研讨会，以及2014年签署的《宁波材料基因工程项目合作协议》，迈出了中国版材料基因组计划的重要一步。2015年，新材料国际发展趋势高层研讨会专门设立了材料基因组科学技术论坛，借此共同探索材料学科最新的发展趋势，展示国内对材料基因组的研究成果。可以说，材料基因组得到学术界的高度关注和重视，各界广泛开展会议研讨。
同时，我国相继成立了中科院上海硅酸盐研究所“无机材料基因科学创新中心”[39]、北京航空航天大学“集成计算材料科学与工程中心”、复旦大学“先进材料实验室”、华中科技大学“先进材料设计实验室”、“上海材料基因组工程研究院”、上海大学“材料基因组工程研究院”、上海交通大学“材料基因组联合研究中心”、北京科技大学“材料基因工程北京市重点实验室”[40]、香港“纳米及先进材料研究院”等一系列机构和组织开展材料基因组方面工作。
3 科学研究及技术发展全景展示
分别围绕材料计算与实验工具、材料数据库研究领域，根据Web of Science的Science Citation Index Expanded（SCIE）和Derwent Innovations Index（DII）检索，借助TI、TDA、CiteSpace分析工具，从材料基因组的研发趋势、主要国家发展态势、主要研究机构（专利权人）、高频及新出现的主题词年度变化分析（技术布局分析）等方面进行分析。
3.1 领域发展概况
从材料基因组相关的计算方法、实验工具和数据库领域成果产出来看，1997年至今，SCIE论文总产出为6 338篇，1963年至今，共计4 194族发明专利，随年份变化各领域的研究产出呈稳定增长趋势（见图4、图5、图6和图7），与论文产出相比，发明专利产出波动比较多。从研究领域看，材料数据库无论在研究论文还是发明专利产出，受到材料基因组计划的促动和影响更为明显。
图4 计算方法和实验工具相关研究-年度趋势-论文
图5 材料数据库相关研究-年度趋势-论文
图6 计算方法和实验工具相关研究-年度趋势-专利
图7 材料数据库相关研究-年度趋势-专利
3.1.1 计算方法与实验相关成果分析
根据SCIE论文产出和作者数量生成论文生命周期图（见图8），得到如下推论：材料计算方法和实验工具相关研究在1997—2005年处于缓慢增长期，2007—2008、2011—2012年发文作者数量快速上升，2013—2014年发文作者数量增长趋势趋缓。2005—2006、2012—2013年论文产出量有比较大的提升，目前相关研究处于成长期。
图8 计算方法和实验相关研究-技术生命周期-论文
图9 计算材料与实验工具相关研究-技术生命周期图-专利
发明专利方面，依据DII发明专利产出和专利权人数据生成专利生命周期图（见图9），结合发明专利族数量及生命周期数据，可以看到，1963—2014年，发明专利总体呈上升趋势。其中，1963—1997年是专利技术发展的萌芽阶段，发明专利族数量较少；1997—2001年处于高速增长期，发明专利的申请在此期间显著增加，由1997年的51件增至2001年的297件，专利权人数量由81人上升为733人，达到峰值。2001—2007年间，发明专利族数量逐渐回落，增速放缓。之后，2008—2014年间，随着既定研究领域专利技术的日渐成熟，以及专利申请方向的拓宽，材料计算与实验工具领域内的专利产出开始出现缓慢降低趋势，发明专利申请数量及专利权人数量相对稳定，2013年与2014年分别为224件和159件，专利研发逐渐进入平稳发展期（注：2015年数据尚不完整，暂不作分析）。
3.1.2 材料数据库相关成果分析
根据SCIE论文产出和作者数量生成论文生命周期图（见图10），得出如下推论：材料数据库相关研究在1997—2004年处于缓慢增长期，2005—2015年论文产出量和发文作者数量整体提升较快，尽管2007、2012、2014年这3年有所回落，但从总的趋势看，材料数据库相关研究亦处于成长期。
图10 材料数据库相关研究-技术生命周期-论文
图11 材料数据库相关研究-技术生命周期-专利
根据发明专利族数量与专利权人形成技术生命周期图（见图11），结合发明专利申请年度态势分布，发现：1998—2014年，材料数据库方面的发明专利族数量呈持续增长趋势。其中，1998—2001年材料数据库发明专利产出处于高速增长期，并于2001年以8件发明专利达到该时期峰值；2001—2010年，专利发展相对平稳；2010—2012年再次呈现出高速发展态势，发明专利族数量与专利权人数量上升较快，于2012年达到峰值；2013年、2014年专利数量稍有回落（注：2015年数据尚不完整，暂不作分析）。
3.2 主要国家科技实力分析
3.2.1 计算材料与实验工具相关分析
从2005—2015年各国材料基因组计算方法和实验相关研究领域论文发表数量（见图12）可以看出，美国发文量占比为32.28%，遥遥领先于其他国家，坐实了该领域发文的霸主地位。发文量位列随后的3个国家分别是德国（11.03%）、中国（8.19%）、英国（6.29%），第五、第六位依次是日本（4.84%）、法国（4.20%）。其他国家的发文均低于发文总量的3.00%，其中，韩国、加拿大、荷兰和意大利分别位列第7 ～ 10位。
图12 计算方法和实验工具相关研究-国家/地区分布-论文
从2005—2015年材料基因组计算方法和实验工具研究领域同族发明专利申请量（见图13）看到，美国以1 472族发明专利位居首位，占据全球专利总数的36.56%，处于绝对领先地位。世界知识产权组织以1 410族发明专利位居第二，前两名国家（及机构）所持发明专利合计占据世界专利总数的71.58%。德国、欧专局、日本分别持有发明专利333、221、207族，位列第3、4、5名，合计占据全球专利总数的14.31%。中国以148族发明专利位居世界排名第6位，占据世界总额3.68%。排名第7 ～ 10位的国家分别为英国（1.09%）、韩国（0.89%）、法国（0.75%）、加拿大（0.32%），占比份额均小于世界专利总量的2%。
图13 计算材料与实验工具相关研究-国家/地区分布-专利
3.2.2 材料数据库相关分析
图14 材料数据库相关研究-国家/地区分布-论文
从2005—2015年各国材料基因组数据库相关研究领域论文发表数量（见图14）可以看出，跟计算方法和实验相关研究领域论文发表数量相比，前4名排序没有变化，具备较强科技实力的国家有美国（28.69%）、德国（9.23%）、中国（6.82%）、英国（6.25%），从第四名开始科技实力国家排名有些许变化，西班牙（3.55%）位列第五，法国（3.48%）第六，日本（3.13%）第七。其他国家的发文均低于发文总量的3.00%，其中，澳大利亚、加拿大、意大利位列第8 ～ 10位。
从2005—2015年各国材料数据库相关研究领域发明专利申请量来看（见图15），美国仍是材料基因组研究领域申请数量最高的国家，发明专利49族，占总数的29.17%，处于绝对领先地位；其次是中国，发明专利44族，占全球专利总数的26.19%，发展势头强劲；日本位列第三名，发明专利26族，占据世界总数的15.48%，前3名国家专利合计119族，超过世界份额总量的70%，处于绝对优势地位。发明专利第四至第六位分别是世界知识产权组织、韩国、欧专局，专利数量分别为21、15、5族。、苏联、中国台湾、加拿大、德国专利数量均为2族，均占据世界总额的1.19%，位居第7 ～ 10位。
图15 材料数据库相关研究-国家/地区分布-专利
3.3 主要机构竞争力分析
基于2005—2015年材料基因组计算材料和实验以及材料数据库相关研究中各个国家的论文产出，整理出排名前10位机构数据，如图16所示。美国麻省理工学院以发文157篇位居第一，德国鲁尔波鸿大学发文120篇位居第二，其次依次是中国科学院和美国宾夕法尼亚大学以发文106篇并列第三。从国家分布看，前10位机构中，美国有8所（麻省理工学院、哈佛大学、宾夕法尼亚大学、加州伯克利分校、西北大学、俄亥俄州立大学、佐治亚州理工学院、密歇根大学），中国和德国各有1所（中科院、鲁尔波鸿大学）。从发文量来看，美国麻省理工学院在计算材料和实验方面优势显著，德国鲁尔波鸿大学在材料数据库方面占有优势。
图16 材料基因组相关研究-前10位机构分布-论文
同时，基于TDA数据分析工具对1963—2014年间各国计算材料和实验工具研究领域发明专利族申请数量的检索分析，整理出发明专利申请排名前10位机构数据，如表3所示，美国加利福尼亚大学（UNIV CALIFORNIA）以416族发明专利位居第一，其次是日本日立公司（HITACHI LTD）与美国麻省理工学院（MASSACHUSETTS INST TECHNOLOGY），发明专利申请量分别为243族与211族。从国家前10位机构分布看，美国共计8所，分别为：加利福尼亚大学（UNIV CALIFORNIA）、美国麻省理工学院（MASSACHUSETTS INST TECHNOLOGY）、国际商业机器公司（INT BUSINESS MACHINES CORP）、杜邦公司（DU PONT DE NEMOURS & CO E I）、惠普公司（HEWLETTPACKARD CO）、AFFYMETRIX公司（AFFYMETRIX INC）、斯坦福大学（UNIV LELAND STANFORD JUNIOR）、摩托罗拉公司（MOTOROLA INC）等；日本有2所机构，即：日立公司（HITACHI LTD）、佳能公司（CANON KK）。总体而言，美国在研究材料基因组的计算方法和试验数据上发展相对成熟，优势最为明显。
表3 计算方法与实验工具相关研究–前10位机构分布–专利
从材料数据库发明专利族的申请量来看，排名前10名的机构如表4所示，位列前3名的分别是美国国际商业机器公司（INT BUSINESS MACHINES CORP）、北京理工大学（BEIJING TECHNOLOGY INST）、中国国家电网公司（STATE GRID CORP CHINA），分别持有专利6族、3族、3族。在前10位机构的国家分布上，中国共计4所，分别为：北京理工大学（BEIJING TECHNOLOGY INST）、中国国家电网公司（STATE GRID CORP CHINA）、山东合成技术有限公司（SHANDONG SYNTHESIS ELTRN TECHN CO LTD）、西安电子科技大学（UNIV XIDIAN）；美国、日本、韩国分别各有2所机构位居世界前10。就全局来看，中国在材料基因组的数据库方面做了大量研究，其研究成果与发明专利族数量在世界全局中均占有重要地位，同时，美国、日本、韩国也具有巨大的发展优势与发展潜力。
表4 材料数据库相关研究–前10位机构分布–专利
3.4 论文研究主题分析
采用论文关键词和国际专利分类号（IPC）作为分析依据，对材料基因组相关的计算方法和实验工具，以及数据库的研究领域及专利申请技术领域布局进行分析，了解相关的研究分布和技术现状。
3.4.1 计算方法和实验工具方面
根据论文作者关键词进行计算方法和实验工具的研究领域分析（见表5），主要涉及的研究方向有材料理论的计算与模拟中的相图计算方法、相场方法、相场模拟、多尺度计算等，主要涉及的研究原理或技术是高通量、相场模型、组合化学、微流体、微观结构、多尺度建模等。
表5 计算方法和实验工具研究–作者关键词分布–论文
（续表）
（续表）
与此同时，借助CiteSpace的词频探测技术和算法，通过对词频的时间分布，探测出其中频次变化率较高的词（burst term），通过这些词频的变动趋势，来判定前沿技术领域和技术发展趋势。因材料基因组计划提出于2011年，特选取2010—2015年出现的高burst值词，对近5年材料基因组领域的热点词进行探测，结果如表6所示。burst值最高的词为nanoparticles，说明纳米技术是近年来材料基因组的重要前沿领域之一；同时，RNA序列、生物材料、药物传递、室温、基因组等领域，也代表了材料基因组领域的技术发展前沿。
表6 2010—2015年材料基因组领域高Burst值热点词
从发明专利产出的国际分类来看，计算方法和实验方面发明专利数量分布较多的技术类别是GO1N（借助于测定材料的化学或物理性质来测试或分析材料），共计1 117族；C12Q（包含酶或微生物的测定或检验方法）发明专利505族、B01L(化学或物理方法)，发明专利339族；B01J（通用化学或物理实验室设备），发明专利336族，详见表7。细分领域中，包含酶或微生物的测定或检验方法（带有条件测量或传感器的测定或试验装置，如菌落计数器）（C12Q–0001/68）这一技术的发明专利数量最多。
表7 计算方法与实验工具–国际专利分类排名（IPC）
3.4.2 材料数据库方面
对材料数据库的研究论文进行作者关键词分析（见表8），发现主要涉及的研究原理或技术是数据挖掘、机器学习、支持向量机、分类、高通量等。
表8 材料数据库相关研究–作者关键词分布–论文
对材料数据库的发明专利进行IPC技术领域分析，发现主要集中于物理与化学冶金两个领域（见表9），如电数字数据处理（G06F）、专门适用于行政、商业、金融、管理、监督或预测目的的数据处理系统或方法（G06Q）、通用化学或物理实验室设备（C12Q）、借助于测定材料的化学或物理性质来测试或分析材料（GO6K）等。细分领域中，系电数字数据处理（特别适用于特定功能的数字计算设备或数据处理设备或数据处理方法）（G06F–0017/30）以37族发明专利位列第一。
表9 材料数据库–国际专利分类排名（IPC）
（续表）
4 研究总结与发展建议
4.1 研究总结
材料基因组计划的提出，显著促进了材料计算方法、实验工具以及材料数据库的研究与发展，当前材料基因组仍处于快速发展的阶段。通过上述调研和数据分析，得到以下结论：
（1）材料基因组成为各国的重点研究领域。美国把材料基因的研发提升到国家战略的高度，各大联邦机构联合众多企业、高校、科研院对材料基因研究和材料数据库进行了大量的投入，力图在全国范围内促成材料基因研究的热潮。欧盟出台了一系列的政策支持材料基因的研究，投入了大量的资金支持研发，欧盟各成员国在欧盟政策指导下，依据各国国情相继成立研究机构，在高性能合金材料、材料模拟、冶金等材料基因领域开展了深入的研究。中国对材料基因的研究也越来越重视，先后启动多项重大项目，建立多个研究机构，各高校也相继成立材料基因研究院，重点支持新材料、高通量计算与材料预测、高通量材料组合设计实验、材料数据库等方面的研究。
（2）从论文产出情况来看，1997—2015年总体数量保持着逐渐上升的趋势。在1997—2004年相关研究处于缓慢增长期，2005—2015年论文产出量和发文作者数量整体提升较快。从发文国家来看，具备较强科技实力的国家有美国、德国、中国、英国、日本、法国、韩国、加拿大、荷兰和意大利。美国发表论文最多，中国位列第三，但发文数量仅约为美国的四分之一。发文量最多的前10所机构中，美国有8所（麻省理工学院、哈佛大学、宾夕法尼亚大学、加州伯克利分校、西北大学、俄亥俄州立大学、佐治亚州理工学院、密歇根大学），中国和德国各有1所（中科院、鲁尔波鸿大学）。
（3）从论文的主题分析来看，计算方法和实验以及数据库相关研究主要涉及方向有材料理论的计算与模拟中的相图计算方法、相场方法、相场模拟、多尺度计算、材料数据库、材料数字化数据、材料信息学等，主要涉及的研究原理或技术是高通量、相场模型、组合化学、微流体、微观结构、多尺度建模、数据挖掘、机器学习、支持向量机等。
（4）从发明专利的申请变化趋势来看，材料基因组相关领域总体呈增长趋势，其中，计算材料与实验工具方面，在2001年达到高峰；数据库方面，发明专利申请整体增长，并在2001年、2012年达到不同时期的峰值。就发明专利产出的地域分布而言，以美国为首，发明专利族数量在计算方法、实验工具、数据库等方面均占据世界总额的1/3左右，充分显示了美国在材料基因组研究方面的先进水平。发展较快的还有日本、中国、德国、韩国、加拿大、英国、中国台湾等，这些国家与地区全部位列两个领域内发明专利产出的前10名。在计算方法与实验工具、数据库两个领域内专利排名Top10的机构中，美国加利福尼亚大学(UNIV CALIFORNIA)和美国国际商业机器公司(INT BUSINESS MACHINES CORP)分列两个领域的第一位。整体上看，美国在材料基因组的数据库方面做了大量研究，其研究成果与发明专利族数量在世界全局中均占据重要地位，同时，日本、中国、韩国、德国、英国等国的优势比较明显，且具有巨大的发展潜力。
（5）从发明专利的技术布局来看，材料基因组的发明专利产出集中在物理、作业与运输、化学与冶金等方面。各类化学与物理分析方法、电数字数据处理、有机高分子化合物等是这一研究领域内的技术热点。
4.2 发展建议
鉴于材料制造对先进技术、高端制造以及国民经济的支撑作用，许多国家都加大了材料理论与计算设计方面研究的人力和财力的投入。与之相比，尽管我国近几年在计算材料研究上取得了发展，但新材料的研发、产业技术水平与发达国家仍有较大差距。根据上述分析与结论，结合新材料产业发展的新动向，提出我国材料基因组发展的建议和对策。
（1）加强政策导向研究和行业指导。从各国发展来看，特别是美国、欧盟和日本，材料基因组的研究都上升到了国家战略高度，从政策到资金，从项目到人员，无不是全局的规划和投入，而且更是在政策和研究环境上提供引导和指导。与此相比，我国材料基因组尽管备受关注，但相关的研究尚未达到国家或行业整体层面。同时，在我国《新材料产业“十二五”规划》中，提到一些亟待解决的问题，如自主开发能力薄弱、大型材料企业创新动力不强、关键新材料保障能力足、产业发展模式不完善、缺乏统筹规划和政策引导、基础管理工作缺乏等[41]，这些也不同程度影响到对材料基因组的规划和投入。因此，为更好地促进材料基因组的研究，需要加强政策导向研究，并加强行业指导，为材料基因组的研究和开发创造更加有利的环境和条件。此外，在当今重视绿色能源、绿色制造的大环境下，新材料对环境性的友好性显得日益重要，为此，可以从低排放、低消耗等角度走绿色发展道路，促进自然与社会和谐发展。
（2）提升材料基因组研究成果质量。从论文与发明专利产出分析结果来看，我国材料基因组的研究还需要进一步提升研究质量。主要表现在：一方面，我国的研究成果数量不多。材料基因组由美国发起，美国的研究也走在了前列。从国家和地区排名来看，美国发表论文最多，中国位列第三，但发文数量仅约为美国的1/4。专利布局来看，大部分专利为美国专利，占据世界总额的1/3左右。另一方面，从代表性研究机构来看，主要分布在美国、日本、德国、英国，我国突出的研究机构较少，还处于跟进研究的阶段。从这个角度来说，我国材料基因组还需要注重研究质量，或者以重点材料或重要机构作为示范，加强研究和建设。可以结合国家急需、战略需要、有良好基础的材料作为突破点，抢占研究制高点，凝聚我国的研究优势，形成产业优势，随后再进一步推广和普及。
（3）支持跨领域研究与大型合作项目建设。材料基因组创新基础设施包括材料计算方法、实验工具和材料数据三个方面，涉及计算材料、高通量材料实验、组合材料学、组合化学、三维表征、数据挖掘、机器学习、材料信息学等具体的研究领域，最终要形成集材料设计、合成、性能检测、性能改进于一体的先进材料研发体系，其多学科交叉特征显著。为此，需要在研究布局和研究力量上，支持跨领域的研究设计和投入，促进不同科研机构之间的互联与合作。可以通过多学科、跨领域的大型合作项目，进一步吸引相关优秀的研究机构和企业力量强强联合，从产业链条上形成创新合力，促进材料基因组研究的长远发展。我国已经成立的中科院上硅所“无机材料基因科学创新中心”、北京航空航天大学“集成计算材料科学与工程中心”、复旦大学“先进材料实验室”、“上海材料基因组工程研究院”、上海大学“材料基因组工程研究院”、上海交通大学“材料基因组联合研究中心”、北京科技大学“材料基因工程北京市重点实验室”等机构和组织的建设，形成了一定的研究和建设基础，可谓是好的起点。
附录 检索策略与检索结果
数据源：论文数据主要是WOS中的Science Citation Index Expanded（SCIE）数据库（1997—）；专利数据主要是WOS中的Derwent Innovations Index（DII）数据库（1963—）
时间范围：全部年份
检索字段：主题字段
致谢
从检索词的补充与确定到报告内容的修改与完善，该报告得到上海交通大学材料基因组联合研究中心的大力支持，以张澜庭教授为首，曾小勤、朱虹、孔令体、张鹏、段华南、孙东科等老师，从专业角度给予了许多指导和帮助，在此致以衷心的感谢！
【注释】
[1]赵继成.材料基因组计划简介［J］.自然杂志，2013，36（2）：89–104.
[2]Materials genome initiative for global competitiveness ［EB/OL］.2011.［2015–08–30］.https://www.whitehouse.gov/sites/default/files/microsites/ostp/materials_genome_initiative-final.pdf.
[3]屠海令.新材料产业培育与发展研究报告［M］.北京：科学出版社，2005：91.
[4]赵继成.材料基因组计划简介［J］.自然杂志，2013，36（2）：89–104.
[5]尹海清，刘国权，姜雪，等.中国材料数据库与公共服务平台建设［J］.科技导报，2015，33（10）：50–59.
[6]汪洪，向勇，项晓东，等.材料基因组——材料研发新模式［J］.科技导报，2015，33（10）：13–19.
[7]Materials Genome Initiative［EB/OL］.［2015–8–29］.https://www.mgi.gov.
[8]材料研究也有DNA？揭秘我国材料基因组工程研究［EB/OL］.［2015–8–29］.http://news.xinhuanet.com/tech/2015-05/04/c_127761097.htm.
[9]National Science Foundation.About Awards ［EB/OL］.［2015–10–08］.http://www.nsf.gov/awards/about.jsp
[10]冯瑞华，姜山.国外材料计算学研究战略与计划分析［J］.科技管理研究，2014（3）：34–39.
[11]Cyrus Wadia, Meredith Drosback.$ 25M in Research Awards to Advance Administration’s Materials Genome Initiative［EB/OL］.［2015–09–10］.http://www.whitehouse.gov/blog/2012/06/06/advanced-materials-giving-soldiers-decisive-edge-combating.
[12]CyrusWadia.Materials Innovation for the 21st Century ［EB/OL］.［2015–09–01］.https://www.whitehouse.gov/blog/2013/01/14/materials-innovation-21st-century.
[13]Charina L Choi, et al.Workshop on Combinatorial Approaches to Functional Materials［EB/OL］.［2015–09–01］.http://www.appliedmaterials.com/company/news/events/workshop-on-combinatorial-approaches-to-functional-materials.
[14]Cyrus Wadia, Meredith Drosback.Materials Genome Initiative Turns Three,Continues Path to Revitalize American Manufacturing［EB/OL］.［2015–09–10］.http://www.Whitehouse.gov/blog/2014/06/19/materials-genome-initiative-turnsthree-continues-Path-revitalize-american-manufacturing.
[15]Executive Office of the President.Fact Sheet: Progress on Materials Genome Initiative［EB/OL］.［2015–09–10］.Executive Office of the President of the United States.
[16]The Minerals, Metalsand Materials Society (TMS).Results of the Materials Genome Initiative Strategic Scoping Session［EB/OL］.［2015–09–10］.http://www.newswise.com /institutions/newsroom/2238.
[17]刘俊聪，王丹勇，李树虎等.材料基因组计划及其实施进展研究［J］.情报杂志，2015，34（1）：61–66.
[18]U.S.Energy Information Administration.Annual Energy Review 2010［EB/OL］.［2015–10–09］.http://www.eia.gov/totalenergy/data/annual.
[19]Materials Research Society ［EB/OL］.［2015–09–01］.http://www.mrs.org/article.aspx?id=2147502751.
[20]CORDIS.Thermoelectric energy converters based on nanotechnology［EB/OL］.［2015–09–10］.http://cordis.europa.eu/project/rcn/98971_en.html.
[21]European Science Foundation.［EB/OL］.［2015–8–29］.http://www.esf.org/index.php?id=7762.
[22]Jarvis D.Metallurgy Europe: A renaissance programme for 2012—2022［R］.Strasbourg: EFS, 2012.
[23]European Commission Horizon 2020.［EB/OL］.［2015–09–10］.http://ec.europa.eu/programmes/horizon2020.
[24]Science and Technology Facilities Council.［EB/OL］.［2015–10–13］.http://www.stfc.ac.uk/.
[25]冯瑞华，姜山.国外材料计算学研究战略与计划分析［J］.科技管理研究，2014（3）：34–39.
[26]University of Cambridge［EB/OL］.［2015–10–13］.http://www.cam.ac.uk/.
[27]University of Sussex［EB/OL］.［2015–10–13］.http://www.sussex.ac.uk/.
[28]Centre national de la recherche scientifique/［EB/OL］.［2015–10–11］.http://www.cnrs.fr/.
[29]MaxPlanckInstitutFur Polymerforschung［EB/OL］.［2015–10–13］.http://www.mpip-mainz.mpg.de.
[30]冯瑞华，姜山.国外材料计算学研究战略与计划分析［J］.科技管理研究，2014（3）：34–39.
[31]Monnet G, Devincre B, Kubin L P．Dislocation study of prismatic slip systems and their interactions in hexagonal close packed metals: application to zirconium．Acta Mater, 2004(52): 4317–4328.
[32]NIMS Materials Database［EB/OL］.［2014–12–11］.http://mits.nims.go.jp/index_en.html.
[33]European Science Foundation［EB/OL］.［2015–8–29］.http://www.esf.org/index.php?id=7762.
[34]Riken ［EB/OL］.［2015–10–13］.http://www.riken.jp.
[35]JP National Institute for Materials Science［EB/OL］.［2015–10–13］.http://www.nims.go.jp/.
[36]The University of Tokyo［EB/OL］.［2015–10–13］.http://www.u-tokyo.ac.jp/.
[37]浙江省科学技术厅［EB/OL］.［2015–8–29］.http://www.zjkjt.gov.cn/news/node01/detail0105/2014/0105_51963.htm.
[38]国家自然基金科学委员会［EB/OL］.［2015–10–8］.http://isisn.nsfc.gov.cn/egrantindex/funcindex/prjsearch-list.
[39]上海硅酸盐所成立“无机材料基因科学创新中心”［EB/OL］.(2015–01–23)［2015–12–02］.http://www.sic.ac.cn/xwzx/tpxw/201501/t20150127_4305466.html.
[40]北京科技大学.材料基因工程北京市重点实验室通过认定［EB/OL］.(2015–05–22)［2015–12–02］.http://news.ustb.edu.cn/xinwendaodu/2015-05-22/60429.html.
[41]工业和信息化部.新材料产业“十二五”发展规划［EB/OL］.(2012–01–04)［2015–10–30］.http://www.miit.gov.cn/n11293472/n11293832/n11293907/n11368223/14470388.html.
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