面向材料基因組的材料信息學技術研究.pdf

1、信息學是21世紀興起的熱門學科，信息技術在傳統(tǒng)學科的應用，變革了傳統(tǒng)學科的研究模式，加速了傳統(tǒng)學科的發(fā)展，并產(chǎn)生了諸多新興學科如生物信息學和化學信息學等。隨著材料基因組計劃的實施、材料計算科學的發(fā)展以及高通量技術的不斷普及，材料基礎數(shù)據(jù)量急劇增加，對材料數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)化管理的需求日趨緊迫。工業(yè)的飛速發(fā)展對所需的材料性能要求逐漸變高，在傳統(tǒng)材料研究模式周期較長且急需轉變材料研發(fā)模式的現(xiàn)狀下，將先進的信息技術應用到新材料的研發(fā)中，通過對材料基

2、礎數(shù)據(jù)進行分析、挖掘、并建立預測模型，將進一步加速新材料的研究進程，材料信息學應運而生。作為一門新的交叉學科，材料信息學的發(fā)展面臨著前所未有的機遇和挑戰(zhàn)。結合材料信息學的研究現(xiàn)狀可知，材料信息學尚未有完整的理論架構體系。為了實現(xiàn)對材料信息學學科基礎理論系統(tǒng)的建立，促進材料信息學理論架構的實現(xiàn)，本文的主要研究內(nèi)容如下：
　　1、研究了材料信息學學科的基礎理論。主要分析了材料基因組技術和人類基因組技術的相似之處，借鑒生物信息學對材料信

3、息學進行研究，提出了學科的定義、分析了學科的內(nèi)涵、介紹了學科的主要研究內(nèi)容，最后對材料信息學的發(fā)展趨勢進行了分析。
　　2、提出了材料信息學的理論架構。結合對材料信息學的研究理解，分析其工作流程，即數(shù)據(jù)生產(chǎn)、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)呈現(xiàn)，揭示了工作流程和材料領域的知識體系之間的關系。研究了材料信息學的基本功能架構，包括數(shù)字化材料設計和材料數(shù)據(jù)庫的基本功能。提出了較為完整的材料信息學理論架構，包括設備層、數(shù)據(jù)層、存儲層、網(wǎng)

4、絡層、功能層、應用層、用戶層，并對此七個層次進行了詳細的研究和介紹。
　　3、研究了材料信息學理論架構的實現(xiàn)載體即材料基因協(xié)同創(chuàng)新網(wǎng)絡的架構。首先，對材料基因協(xié)同創(chuàng)新網(wǎng)絡的內(nèi)涵和數(shù)據(jù)流程進行了分析。其次，研究了材料基因協(xié)同創(chuàng)新網(wǎng)絡的架構體系即云-網(wǎng)-端架構，分析每一部分的重要組成。最后，對材料基因協(xié)同創(chuàng)新網(wǎng)絡的發(fā)展規(guī)律和網(wǎng)絡實現(xiàn)所需的關鍵技術做以介紹。材料基因協(xié)同創(chuàng)新網(wǎng)絡遵循網(wǎng)絡發(fā)展的規(guī)律“梅特卡夫定律”，其發(fā)展符合網(wǎng)絡價值隨著網(wǎng)