新时代对我国材料基因组计划科技创新应用基础研究的一些思考

王山

摘 要：文章首先描述了应用基础研究为世界工程技术的发展所带来的巨大影响。通过分析美、欧盟、英等发达国家所布局的基于国家战略需求的材料基因组工程方面的基础性应用研究计划，总结了我国材料基因组计划应用基础研究目前面临的主要问题，根据我国材料行业基础性应用研究的发展现状，提出了自己的一些思考。

关键词：材料基因组计划；应用基础研究；工程技术

中图分类号：TB30 文獻标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）09-0042-02

Abstract： This paper first describes the great influence of applied basic research on the development of engineering technology in the world. Through the analysis of the United States， the European Union， the United Kingdom and other developed countries based on the national strategic needs of the basic application of material genome engineering research program， this paper sums up the main problems in the applied basic research of material genome planning in China. According to the development situation of the basic applied research in the material industry in China， some thoughts are put forward.

Keywords： Materials Genome Initiative （MGI）； applied basic research； engineering technology

1 应用基础研究对工程技术的影响

应用基础研究一般为解决某领域实际需求，达到特定目的的应用研究或者技术研究，工程技术亦称生产技术，一般为基础应用研究所研发成果或研发技术在工业生产中实际应用到的技术。就是说人们将基础研究成果应用于工业生产过程从而达到改造自然的手段和方法。

随着社会不断的进步，人类改造自然界的方式、方法也在不断改进，进而形成了工程技术的各种形态。人类社会的发展越来越依赖于工程技术的创新，如：互联网经济、智能机器人制造、纳米材料的利用，干细胞再生等等。

2 世界主要国家新材料领域应用基础研究战略规划

2.1 美国材料基因组计划

上世纪八九十年代，技术的革新和经济社会的发展越来越依赖新材料的进步[1，2]，从新材料的发现到最终工业化应用一般需要10～20年的时间，比如作为目前应用在移动设备领域的锂离子电池，从上世纪70年代实验室研发到90年代[3]晚期应用，历经20余年，至今仍没有克服在电动汽车上完全应用的障碍。归根结底新材料研发速度太慢。面对经济的飞速发展，材料科学家们必须缩短新材料研发到应用的周期以应对21世纪面临的挑战。于是美国在2011年6月24日启动了材料基因组计划（MGI），计划由能源部（DOE）、国防部（DOD）、国家自然科学基金会（NSF）和国家标准技术研究院（NIST）四个部门共同完成以下三个任务：（1）开发一种全新的材料创新体系。（2）为国家安全、人类健康服务的新材料以及开发清洁能源材料。（3）培养新一代材料研发团队。战略规划中新材料研发重点在四个方面：（1）面向国家安全的新材料：如轻质防护材料、家用电子产品材料、清洁能源新材料、可替代稀土元素材料等。（2）面向人类健康的新材料：人工器官合成新材料、护体免损害新材料、脑损伤防护材料。（3）发展清洁能源新材料：便携能源存储系统新材料、人工光合作用材料、生物质合成催化材料、无污染太阳能电池材料以减免对化石能源的消耗。

2.2 欧盟“地平线2010”科研创新计划与“2012～2022欧盟冶金复兴”计划

于2014年1月30日在英国正式启动的“地平线2010”科研创新计划是欧盟有史以来最大规模的科研创新计划。该计划将在2014年至2020年七年间共投资770亿欧元用于支持欧盟科研创新计划。该计划横跨7个板块，设计19个研究领域，几乎囊括了欧盟所有科研项目（包括基础研究、应用研究与人类面临的共同挑战等三大部分）是欧盟迄今为止规模最大的研究创新类计划平台。连接科研与创新：“从实验室到市场”，关注社会挑战：健康、清洁能源、交通等。“低碳、适应气候变化的未来”将获得33亿欧元的预算。22亿欧元将投入到清洁能源相关的研究领域，如可再生能源开发、电池材料、电动运输与储存方案等方面。

2011年，欧盟提出了冶金加速计划，旨在研发出国家战略需求的高性能冶金，2012年，在冶金加速计划基础上，欧盟又提出冶金欧洲复兴计划，开始布局冶金设计与模拟在工业领域中的应用。此计划确定17个材料需求与50多个冶金研究主题，设计清洁能源、绿色交通、卫生保健等，成功加速了高性能冶金及新一代材料的研发[3]。

3 中国新材料领域基础应用研究面临的问题

3.1 应用基础研究与国外还存在一定差距

中国材料工业起步较晚，目前整体水平与发达国家相比存在较大差距，美国是目前国际材料领域技术全面领先的国家，还有其他国家在特定材料领域发展较为先进，如韩国在显示材料研发上面比较突出，日本在纳米材料方面比较先进，欧洲在结构材料、光学光电材料方面较为擅长，俄国在耐高温材料方面存在优势。而我国在纳米材料、稀土等材料领域发展上基本与国际持平，但是在复合材料、存储材料等方面与国外还存在不小的差距。

3.2 材料研制方法比较传统

传统材料研制方法主要有试错法，利用材料学科原有理论、方法经验，调整所研发新材料的配比，进行大量的平行试验，对制备出的材料进行表征检测，最终得到满足需求的新材料，此研究模式属于“爱迪生模式”，直到找到满足要求的灯泡材料为止，很明显的，传统材料研制方法耗费大量的人力物力财力，研发周期太长，已远不能适应新时代人们对新材料的需求。

3.3 应用基础性研究企业参与度较低

目前基础性应用研究主力是大学与研究机构，企业参与度较低，一方面企业为节约成本基本没有太强烈的意愿参与进来，另一方面政府对企业的扶持力度弱于对研究机构、高效的支持力度。

4 一些思考

随着社会的进步和科学技术的不断发展，对一些性能优异的新材料研发已经迫在眉睫，新材料技术是社会经济发展的重要物质基础，已经成为了世界各国必争的战略性产业，中国也不例外，同样加快了新材料产业应用基础研究的步伐，针对以上中国目前新材料领域应用基础研究面临的问题提出自己的一些思考。

4.1 企业家与科学家于共同感兴趣的领域展开合作

除了加强交流以外，企业家与科学家更应该在共同感兴趣的领域寻求合作。利用企业的资金优势和科学家的技术优势即可实现双方优势互补，这要就可以保障科研经费的充沛，同时也可保持企业强劲的发展势头。企业资助大学或者国家重点实验室，通过面对面的交流，发现问题，不断调整研发目标，不仅增加研究人员与企业家之间的信任与理解，更为加快科研成果的转化奠定了坚实的基础。长期以来，知识产权问题是研究人员与企业之间合作隐患之一。科学家重视对科学知识的传播，企业有时为了保护公司利益而选择“雪藏”科研成果，如若科学家与企业之间展开合作，需要就知识产权归属问题划清界限，避免出现合作冲突。

4.2 培养新一代材料研究团队

为了适应新时代的发展，各高校材料院系可以针对本科生、研究生的课程进行相应的改革，培养具备材料基因工程相关基础的新一代科研人员。为了适应未来行业转型的可能，可以考虑培养兼具计算机软件开发能力的材料专家。同时也可以举办一些材料基因组相关工程培训班，扩大材料研究者队伍，并提高其专业素养。

4.3 加强与国际科研机构、政府等部门的合作

“材料基因组计划”所涉领域比较广泛、技术难度较大，仅凭一国之力实现重大突破性进展着实有些难度，要想取得切实成果，还需要各国之间科学界的广泛合作。

综上所述，新材料基因工程计划是基于世界各国基于本国战略发展需求而制定的基础性应用研究目标，要想得到新技术的切实成果，加快国家战略产业发展的步伐，需要加强国家新材料领域基础性應用研究，加大政府投资力度与重视程度，才能在新材料产业占据竞争优势。

参考文献：

[1]Markowitz S L. The Advanced Materials Revolution： Technology and Economic Change in the Age of Globalization[M]. A John Wiley & Sons Inc. Publication，2009：1-19.

[2]United States Department of Energy. Computational Materials Science and Chemistry for Innovation[M].2010.

[3]Whittingham M S. Electrical Energy Storage and Intercalation Chemistry. Science，1976，192（4244）：1126-1127.