科技计划：
国家级：
成果形式：新技术、新产品
合作方式：技术转让、技术开发、技术咨询、技术服务
参与活动：
第二届江苏产学研合作对接大会
专利情况：
正在申请 ,其中:发明专利 2 项
已授权专利,其中:发明专利 5 项
专利号:
ZL 2017 1 0444028. 8
ZL 2018 1 0711716. 0
ZL 2018 1 0884330.X
ZL 2020 1 1587163.6
ZL 2021 1 0697619.2
成果简介
综合介绍
材料基因工程旨在借鉴生物学基因工程技术，颠覆传统的材料研发模式，实现“材料按需设计”，是材料科学领域的一次飞跃。材料基因工程的实质就是借助高通量计算和实验等技术获取材料大数据，通过数据挖掘和机器学习等方法提取信息、构建模型、获取机理，进而构建出材料设计智能系统。作为材料基因工程的基础，借助先进的电子结构计算和原子尺度模拟技术进行目标导向性结构设计和性能预测，以其低成本和高效性为先进材料精准研发提供了有利支撑，然而，高通量和高集成度计算模拟方法缺失、大数据信息提取和知识融合复杂、多维度多目标理性设计难度大等严重制约了材料结构功能一体化理性设计的发展。
该项目依托1项国家重点研发计划、1项国家自然科学基金，围绕材料结构功能一体化理性设计中的技术瓶颈，在2015年至2022年期间搭建了集自动化建模、高通量模拟、全动态分析和多元可视化为一体的集成化平台SPaMD，实现了简洁图形用户界面，内嵌原子构型、晶体结构、表面界面3套工具箱，12个专属建模模块，13套自动化原子行为模拟模块，12套高通量电子结构计算模块，14种原子级分析方法和10种电子结构解析方法等，为材料结构与功能之间复杂的本征关系研究提供强有力的技术支撑。
通过上述关键技术研发，获得授权发明专利5项，软件著作权4项，在申请发明专利2项。模拟算法效率通过中国软件评测中心权威认证，软件获得国家超算、并行科技、东润龙翔等企业应用，取得了良好社会和经济效益。软件和技术同样获得国际同行的广泛关注，比如美国洛斯阿拉莫斯国家实验室和桑迪亚国家实验室。软件作为十三五重点研发计划代表性成果被科技部收录，是教育部规划教材《计算材料学：电子结构与原子行为》的推荐参考软件。应用以上技术，揭示了界面位错Friedel-Escaig-like 机制和纳米剪切迹诱导位错形核和局域滑移的原子机理，创新性提出三维原子级台阶和锯齿结构调控界面塑性行为的普适结构设计原则，相关学术成果发表在Acta Mater.、Int. J. Plasticity等数十篇高影响期刊上。
创新要点
1、开发了一款电子结构计算和原子行为模拟集成化平台，打破了该领域国外软件的垄断现象；
图1 电子结构计算和原子行为模拟集成化平台SPaMD
2、解决了传统方法不适用于自动定量表征缺陷结构的瓶颈问题，实现了102量级高通量自动化建模、模拟、分析流程；
3、提出了多选区内应力平衡和大规模模拟的并行负载均衡关键技术，高通量扭转和倾斜晶界建模方法，以及自动化添加不同溶质的偏聚模型关构建方法等多种原创算法。
图3 SPaMD内置多种原创算法
技术指标
1、实现了102量级高通量自动化建模、模拟、分析流程；
2、代码20余万行；
3、实现了亿级原子绘图；
其他说明
无
完成人信息
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梁文轩与江苏省生产力促进中心高层次人才与外国专家服务处对接成功
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