理化課題申報立項書一、封面內(nèi)容

項目名稱：基于多尺度表征的復(fù)雜材料結(jié)構(gòu)與性能關(guān)聯(lián)性研究

申請人姓名及聯(lián)系方式：張明，化學(xué)物理學(xué)家，教授，Eml:zm@

所屬單位：國家材料科學(xué)研究所

申報日期：2023年10月20日

項目類別：基礎(chǔ)研究

二．項目摘要

本項目旨在通過多尺度表征技術(shù)揭示復(fù)雜材料結(jié)構(gòu)與性能的內(nèi)在關(guān)聯(lián)性，重點研究金屬基合金、二維材料及納米復(fù)合材料在極端環(huán)境下的物理化學(xué)特性。項目以第一性原理計算、同步輻射X射線衍射、透射電子顯微鏡及原位反應(yīng)裝置為核心研究手段，構(gòu)建從原子尺度到宏觀尺度的表征體系。核心目標(biāo)包括：解析合金元素配位畸變對力學(xué)性能的影響機制，闡明二維材料晶格振動模式與電催化活性的構(gòu)效關(guān)系，以及建立納米尺度應(yīng)力分布對材料疲勞壽命的預(yù)測模型。研究將采用高分辨球差校正透射電子顯微鏡（HRABTEM）獲取原子級結(jié)構(gòu)信息，結(jié)合擴展X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)（EXAFS）分析電子局域密度，并通過分子動力學(xué)模擬驗證實驗結(jié)果。預(yù)期成果包括：提出一套多尺度表征數(shù)據(jù)融合算法，開發(fā)基于機器學(xué)習(xí)的材料性能預(yù)測軟件，以及發(fā)表系列高水平期刊論文。本項目的科學(xué)意義在于深化對復(fù)雜材料微觀機制的理解，為高性能材料的設(shè)計與制備提供理論指導(dǎo)，同時推動多尺度表征技術(shù)在能源、航空航天等領(lǐng)域的應(yīng)用。

三.項目背景與研究意義

1.研究領(lǐng)域現(xiàn)狀、存在的問題及研究的必要性

復(fù)雜材料，特別是多組元合金、納米復(fù)合材料和二維材料，因其獨特的結(jié)構(gòu)和性能，在能源轉(zhuǎn)換、信息存儲、航空航天及生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。近年來，隨著計算科學(xué)和表征技術(shù)的飛速發(fā)展，研究者們能夠從原子尺度到宏觀尺度對材料的結(jié)構(gòu)、缺陷、界面和響應(yīng)進(jìn)行前所未有的深入探索。多尺度表征技術(shù)，如同步輻射X射線衍射（SXRD）、高分辨透射電子顯微鏡（HRTEM）、掃描隧道顯微鏡（STM）以及第一性原理計算（DFT），為揭示材料結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)聯(lián)提供了強大的工具。然而，當(dāng)前的研究仍面臨諸多挑戰(zhàn)。

首先，復(fù)雜材料的結(jié)構(gòu)往往具有多尺度、多物理場的特性，不同尺度的結(jié)構(gòu)特征（如原子配位、晶格畸變、相界、納米團簇等）對材料性能（如力學(xué)強度、電催化活性、磁阻等）的影響機制尚未完全闡明。傳統(tǒng)的表征方法往往局限于單一尺度，難以建立從微觀結(jié)構(gòu)到宏觀性能的完整關(guān)聯(lián)。例如，在金屬基合金中，元素間的協(xié)同作用導(dǎo)致相組成與微觀結(jié)構(gòu)演化復(fù)雜，而宏觀力學(xué)性能的異常行為（如超塑性、強韌性）被認(rèn)為與微觀尺度上的位錯行為、相界遷移和析出相的分布密切相關(guān)。然而，如何精確關(guān)聯(lián)原子尺度的元素配位畸變、納米尺度的相分布特征與宏觀的力學(xué)響應(yīng)，仍然是一個開放的科學(xué)問題。

其次，多尺度表征數(shù)據(jù)的獲取、處理和解讀缺乏系統(tǒng)性的方法論指導(dǎo)。不同表征技術(shù)提供的信息維度和分辨率差異巨大，如何有效地融合多源、多尺度數(shù)據(jù)，提取關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)-性能關(guān)聯(lián)規(guī)律，是當(dāng)前面臨的關(guān)鍵瓶頸。例如，SXRD能夠提供精細(xì)的晶體結(jié)構(gòu)信息，而HRTEM則擅長觀察局域的晶體缺陷和界面結(jié)構(gòu)，兩種技術(shù)結(jié)合可以更全面地描述材料的微觀結(jié)構(gòu)。但目前，數(shù)據(jù)融合算法和關(guān)聯(lián)模型尚不成熟，導(dǎo)致從海量表征數(shù)據(jù)中挖掘有效信息的效率低下。此外，實驗表征與理論計算之間的橋梁尚未完全打通，實驗觀測到的現(xiàn)象往往難以用理論模型進(jìn)行精確模擬和預(yù)測，反之，理論計算結(jié)果的驗證也依賴于高精度的實驗測量。

再次，復(fù)雜材料的“設(shè)計-制備-表征-應(yīng)用”鏈條尚未形成閉環(huán)。盡管研究人員已經(jīng)能夠合成出具有特定功能的復(fù)雜材料，但對其內(nèi)在作用機制的深刻理解仍然不足，導(dǎo)致材料的設(shè)計往往帶有一定的試錯性，難以實現(xiàn)高效、精準(zhǔn)的定制化設(shè)計。例如，在電催化領(lǐng)域，二維材料被廣泛認(rèn)為具有優(yōu)異的表面積和電子結(jié)構(gòu)，但不同晶面、缺陷類型以及界面效應(yīng)如何影響催化活性位點形成和反應(yīng)路徑，仍需深入研究。缺乏對構(gòu)效關(guān)系的深刻理解，限制了高性能電催化劑的快速迭代和工業(yè)化應(yīng)用。因此，發(fā)展一套系統(tǒng)性的多尺度表征方法，揭示復(fù)雜材料結(jié)構(gòu)與性能的內(nèi)在關(guān)聯(lián)機制，對于推動材料科學(xué)的發(fā)展至關(guān)重要。

本研究的必要性體現(xiàn)在以下幾個方面：一是突破現(xiàn)有表征技術(shù)的局限，發(fā)展能夠揭示多尺度結(jié)構(gòu)信息的新方法；二是建立多尺度表征數(shù)據(jù)的融合與分析框架，實現(xiàn)從海量數(shù)據(jù)中挖掘構(gòu)效關(guān)系；三是深化對復(fù)雜材料微觀機制的理解，為高性能材料的設(shè)計提供理論指導(dǎo)。通過本項目的研究，有望填補當(dāng)前多尺度表征領(lǐng)域在復(fù)雜材料結(jié)構(gòu)-性能關(guān)聯(lián)研究方面的空白，為開發(fā)新一代高性能材料奠定堅實的科學(xué)基礎(chǔ)。

2.項目研究的社會、經(jīng)濟或?qū)W術(shù)價值

本項目的研究不僅具有重要的學(xué)術(shù)價值，而且在社會和經(jīng)濟層面也具有廣泛的應(yīng)用前景。

在學(xué)術(shù)價值方面，本項目將推動材料科學(xué)、物理、化學(xué)等多學(xué)科的交叉融合，深化對復(fù)雜材料微觀機制的理解。通過建立多尺度表征體系，揭示結(jié)構(gòu)、缺陷、界面等因素對材料性能的影響規(guī)律，將促進(jìn)材料科學(xué)從“經(jīng)驗式”設(shè)計向“理論預(yù)測”指導(dǎo)的轉(zhuǎn)變。研究成果將豐富和發(fā)展材料科學(xué)的基礎(chǔ)理論，為后續(xù)相關(guān)研究提供重要的理論支撐和方法論指導(dǎo)。特別是，項目提出的基于機器學(xué)習(xí)的多尺度數(shù)據(jù)融合算法和構(gòu)效關(guān)系模型，將開辟復(fù)雜材料研究的新范式，推動計算材料科學(xué)與實驗材料科學(xué)的深度融合。此外，項目對二維材料、金屬基合金等前沿材料的深入研究，將有助于推動相關(guān)領(lǐng)域?qū)W術(shù)研究的國際前沿地位，培養(yǎng)一批具備多尺度思維和跨學(xué)科研究能力的青年人才。

在經(jīng)濟價值方面，本項目的研究成果有望直接或間接地促進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，帶來顯著的經(jīng)濟效益。以金屬基合金為例，通過本項目揭示的微觀結(jié)構(gòu)-力學(xué)性能關(guān)聯(lián)機制，可以為航空航天、汽車制造等行業(yè)提供設(shè)計高性能輕質(zhì)合金的理論依據(jù)，降低材料成本，提高產(chǎn)品性能和使用壽命，從而提升國家在高端裝備制造領(lǐng)域的競爭力。在能源領(lǐng)域，本項目對電催化材料的構(gòu)效關(guān)系研究，將有助于開發(fā)高效、低成本的非貴金屬電催化劑，推動燃料電池、電解水制氫等清潔能源技術(shù)的商業(yè)化進(jìn)程，助力實現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型。此外，項目開發(fā)的多尺度表征數(shù)據(jù)分析軟件和預(yù)測模型，可為材料研發(fā)企業(yè)提供服務(wù)，縮短研發(fā)周期，降低研發(fā)風(fēng)險，產(chǎn)生直接的經(jīng)濟價值。

在社會價值方面，本項目的研究成果將服務(wù)于國家重大戰(zhàn)略需求，提升社會福祉。高性能材料是支撐現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，其研發(fā)水平直接關(guān)系到國家的科技實力和經(jīng)濟發(fā)展。本項目通過揭示復(fù)雜材料的構(gòu)效關(guān)系，有望推動新一代高性能材料的研發(fā)和應(yīng)用，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級和技術(shù)進(jìn)步，為社會創(chuàng)造更多的就業(yè)機會和經(jīng)濟增長點。特別是在能源、環(huán)境、健康等民生領(lǐng)域，高性能材料的應(yīng)用將帶來顯著的社會效益。例如，高效催化劑的廣泛應(yīng)用將有助于減少環(huán)境污染，新型儲能材料的突破將緩解能源危機，生物醫(yī)用材料的進(jìn)步將改善人類健康水平。此外，項目的研究過程將加強科普宣傳，提高公眾對材料科學(xué)的認(rèn)知，激發(fā)青少年對科學(xué)探索的興趣，有助于培養(yǎng)未來的科技人才，提升國家的整體科學(xué)素養(yǎng)。

四.國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

在復(fù)雜材料結(jié)構(gòu)與性能關(guān)聯(lián)性的研究領(lǐng)域，國際和國內(nèi)均取得了顯著進(jìn)展，但在深度、系統(tǒng)性和跨尺度關(guān)聯(lián)方面仍存在諸多挑戰(zhàn)和有待探索的空白。

國際上，多尺度表征技術(shù)的研究起步較早，并在多個前沿領(lǐng)域取得了突破。在金屬基合金方面，國際頂尖研究團隊，如美國阿貢國家實驗室、德國馬克斯·普朗克研究所等，利用同步輻射X射線衍射、高能同步輻射衍射（HESD）以及高分辨透射電子顯微鏡等先進(jìn)技術(shù)，深入研究了高溫合金、鈦合金和鋁合金等在極端條件下的微觀結(jié)構(gòu)演變和性能響應(yīng)。例如，通過原位同步輻射觀察，他們揭示了位錯與析出相的交互作用對合金蠕變行為的影響機制。在二維材料領(lǐng)域，以美國哥倫比亞大學(xué)、英國劍橋大學(xué)等為代表的團隊，在石墨烯的制備、改性及其在電學(xué)、光學(xué)和力學(xué)性能方面的應(yīng)用方面取得了引領(lǐng)性成果。他們利用掃描隧道顯微鏡（STM）、原子力顯微鏡（AFM）和拉曼光譜等技術(shù)，精確表征了單層或少層二維材料的原子結(jié)構(gòu)和電子性質(zhì)，并探索了其作為電催化劑、傳感器的應(yīng)用潛力。在納米復(fù)合材料方面，美國加州大學(xué)伯克利分校、麻省理工學(xué)院等機構(gòu)，利用透射電子顯微鏡（TEM）和球差校正透射電子顯微鏡（HRABTEM），詳細(xì)研究了納米團簇、納米線的形貌、尺寸和分布對其力學(xué)、電學(xué)和磁學(xué)性能的影響。在理論計算方面，國際研究者廣泛采用第一性原理計算（DFT）和分子動力學(xué)（MD）方法，模擬復(fù)雜材料的原子結(jié)構(gòu)、電子性質(zhì)和力學(xué)行為。例如，通過DFT計算，可以預(yù)測合金元素的原子配位環(huán)境、電子態(tài)密度和能帶結(jié)構(gòu)，為實驗設(shè)計提供指導(dǎo)。MD模擬則可以模擬材料在高溫、高壓或循環(huán)加載下的動態(tài)響應(yīng)，揭示其力學(xué)性能的內(nèi)在機制。

然而，盡管取得了上述進(jìn)展，國際研究仍面臨若干挑戰(zhàn)和空白。首先，在多尺度表征數(shù)據(jù)的融合與分析方面，缺乏通用的理論框架和方法。不同表征技術(shù)提供的信息維度和分辨率差異巨大，如何有效地整合這些異構(gòu)數(shù)據(jù)，建立從原子尺度到宏觀尺度的關(guān)聯(lián)模型，仍然是一個難題。目前，數(shù)據(jù)融合大多依賴于研究人員的經(jīng)驗，缺乏系統(tǒng)性的方法論指導(dǎo)。其次，實驗觀測與理論計算之間的相互印證仍有不足。理論計算雖然能夠提供原子尺度的細(xì)節(jié)，但其結(jié)果往往需要高精度的實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行驗證。然而，實驗表征技術(shù)本身存在的局限性（如樣品制備過程可能引入缺陷、測量條件的非理想性等），使得實驗與理論之間的比較變得復(fù)雜。再次，對于復(fù)雜材料的“設(shè)計-制備-表征-應(yīng)用”閉環(huán)研究仍有待加強。盡管研究人員已經(jīng)能夠合成出具有特定功能的復(fù)雜材料，但對其內(nèi)在作用機制的深刻理解仍然不足，導(dǎo)致材料的設(shè)計往往帶有一定的試錯性。例如，在電催化領(lǐng)域，雖然二維材料被廣泛認(rèn)為具有優(yōu)異的表面積和電子結(jié)構(gòu)，但不同晶面、缺陷類型以及界面效應(yīng)如何影響催化活性位點形成和反應(yīng)路徑，仍需深入研究。缺乏對構(gòu)效關(guān)系的深刻理解，限制了高性能電催化劑的快速迭代和工業(yè)化應(yīng)用。

在國內(nèi)，復(fù)雜材料結(jié)構(gòu)與性能關(guān)聯(lián)性的研究也取得了長足的進(jìn)步，并在一些領(lǐng)域形成了特色和優(yōu)勢。中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、清華大學(xué)、北京科技大學(xué)等高校和研究機構(gòu)，在多尺度表征技術(shù)和復(fù)雜材料的理論研究方面取得了重要成果。例如，上海應(yīng)用物理研究所利用同步輻射光源，在合金相結(jié)構(gòu)表征、納米材料的電子結(jié)構(gòu)研究等方面取得了突出進(jìn)展。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)在金屬基合金的納米結(jié)構(gòu)調(diào)控及其力學(xué)性能方面進(jìn)行了深入研究，利用透射電子顯微鏡等手段揭示了納米析出相對合金強韌化的貢獻(xiàn)機制。清華大學(xué)和北京科技大學(xué)則在高溫合金、鈦合金等材料的微觀結(jié)構(gòu)演變與性能關(guān)系方面開展了系統(tǒng)研究，發(fā)展了原位拉伸、高溫蠕變實驗等技術(shù)手段，結(jié)合理論模擬，探討了位錯、相變等對材料性能的影響。在二維材料領(lǐng)域，國內(nèi)眾多研究團隊，如浙江大學(xué)、西安交通大學(xué)、南京大學(xué)等，在石墨烯、過渡金屬硫化物（TMDs）等二維材料的制備、物性調(diào)控及其應(yīng)用方面取得了豐富成果。他們利用各種表征手段研究了二維材料的層數(shù)依賴性、缺陷影響以及異質(zhì)結(jié)構(gòu)建等，并探索了其在柔性電子、光電器件和能源器件中的應(yīng)用。在理論計算方面，國內(nèi)研究團隊也日益活躍，在DFT和MD模擬方法的應(yīng)用方面積累了豐富的經(jīng)驗，并在復(fù)雜材料的電子結(jié)構(gòu)、相變動力學(xué)、力學(xué)性能等方面取得了一系列有價值的成果。

盡管國內(nèi)研究取得了顯著進(jìn)展，但也存在一些亟待解決的問題和研究空白。首先，與國際頂尖水平相比，國內(nèi)在同步輻射、高分辨透射電子顯微鏡等尖端表征設(shè)備的建設(shè)和應(yīng)用方面仍有差距，部分高端設(shè)備依賴進(jìn)口，限制了研究的深度和廣度。其次，在多尺度表征數(shù)據(jù)的處理和分析方面，國內(nèi)研究相對缺乏系統(tǒng)性的方法論指導(dǎo)，數(shù)據(jù)處理能力和分析深度有待提升。再次，基礎(chǔ)研究與產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的結(jié)合不夠緊密，許多研究成果停留在實驗室階段，難以轉(zhuǎn)化為實際應(yīng)用。例如，雖然國內(nèi)在二維材料的研究方面取得了很大進(jìn)展，但在高性能電催化劑、儲能器件等方面的應(yīng)用研究仍相對薄弱，與國外先進(jìn)水平存在差距。此外，國內(nèi)在復(fù)雜材料的跨尺度關(guān)聯(lián)研究方面仍有不足，缺乏對從原子尺度到宏觀尺度結(jié)構(gòu)演變和性能響應(yīng)的完整理解。例如，對于金屬基合金中元素間的協(xié)同作用如何影響其多尺度結(jié)構(gòu)演化，以及這種演化如何最終決定其宏觀性能，仍需要更深入的研究。

總體而言，國內(nèi)外在復(fù)雜材料結(jié)構(gòu)與性能關(guān)聯(lián)性的研究領(lǐng)域均取得了顯著進(jìn)展，但在多尺度表征技術(shù)的系統(tǒng)性發(fā)展、數(shù)據(jù)融合與分析方法的建立、構(gòu)效關(guān)系模型的構(gòu)建以及基礎(chǔ)研究與產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的結(jié)合等方面仍存在諸多挑戰(zhàn)和空白。本項目將針對這些挑戰(zhàn)和空白，發(fā)展系統(tǒng)性的多尺度表征方法，揭示復(fù)雜材料結(jié)構(gòu)與性能的內(nèi)在關(guān)聯(lián)機制，為高性能材料的設(shè)計提供理論指導(dǎo)，推動材料科學(xué)的發(fā)展。

五.研究目標(biāo)與內(nèi)容

1.研究目標(biāo)

本項目旨在通過建立和發(fā)展系統(tǒng)性的多尺度表征方法，揭示復(fù)雜材料（包括金屬基多組元合金、二維材料及其納米復(fù)合材料）微觀結(jié)構(gòu)特征與其宏觀性能（如力學(xué)性能、電催化活性、磁學(xué)性質(zhì)等）之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)機制，最終實現(xiàn)基于理論指導(dǎo)的材料精準(zhǔn)設(shè)計。具體研究目標(biāo)如下：

第一，建立針對復(fù)雜材料的多尺度表征策略體系。整合同步輻射X射線衍射（SXRD）、高分辨透射電子顯微鏡（HRTEM）、掃描透射電子顯微鏡（STEM）結(jié)合能譜分析（EELS）、原子力顯微鏡（AFM）以及原位/工況表征技術(shù)，實現(xiàn)對材料從原子尺度（晶體結(jié)構(gòu)、缺陷、電子結(jié)構(gòu)）、納米尺度（相分布、界面結(jié)構(gòu)、形貌）到宏觀尺度（織構(gòu)、成分分布）結(jié)構(gòu)特征的全面、精確表征。開發(fā)數(shù)據(jù)預(yù)處理、融合與分析的標(biāo)準(zhǔn)流程，為后續(xù)構(gòu)效關(guān)系研究奠定堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。

第二，揭示關(guān)鍵微觀結(jié)構(gòu)特征對復(fù)雜材料性能的決定性作用機制。聚焦金屬基合金中的元素協(xié)同效應(yīng)、二維材料的晶面/缺陷/界面調(diào)控、納米復(fù)合材料的界面相容性與協(xié)同增強機制等核心科學(xué)問題，通過實驗觀測與理論計算相結(jié)合，闡明特定微觀結(jié)構(gòu)特征（如原子配位畸變、晶格應(yīng)變、析出相尺寸/形態(tài)/分布、缺陷類型與密度、界面結(jié)構(gòu)等）如何影響材料的電子結(jié)構(gòu)、聲子譜、位錯可動性、載流子傳輸?shù)葍?nèi)在物理過程，并最終關(guān)聯(lián)到宏觀性能（如強度、韌性、硬度、疲勞壽命、電催化活性、選擇性和耐久性等）。

第三，構(gòu)建基于多尺度信息的復(fù)雜材料構(gòu)效關(guān)系預(yù)測模型。利用機器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘等先進(jìn)計算方法，基于大規(guī)模多尺度表征數(shù)據(jù)集，建立微觀結(jié)構(gòu)特征到宏觀性能的定量或半定量關(guān)聯(lián)模型。目標(biāo)是開發(fā)出能夠預(yù)測材料性能的軟件工具或數(shù)據(jù)庫，為復(fù)雜材料的理性設(shè)計提供理論依據(jù)，縮短材料研發(fā)周期，降低研發(fā)成本。

第四，發(fā)展面向特定應(yīng)用的復(fù)雜材料結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化策略。以能源轉(zhuǎn)換（如高效電催化劑）、航空航天（如高溫結(jié)構(gòu)材料）等國家重大需求為導(dǎo)向，結(jié)合構(gòu)效關(guān)系預(yù)測模型，提出針對性的微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計原則和調(diào)控方案。通過實驗驗證設(shè)計策略的有效性，形成一套從理論預(yù)測、設(shè)計優(yōu)化到實驗驗證的閉環(huán)研究模式，推動高性能復(fù)雜材料的實際應(yīng)用。

2.研究內(nèi)容

本項目的研究內(nèi)容圍繞上述目標(biāo)展開，具體包括以下幾個方面：

(1)金屬基多組元合金微觀結(jié)構(gòu)-力學(xué)性能關(guān)聯(lián)機制研究

***具體研究問題：**多組元合金中元素間的協(xié)同作用如何影響基體晶格畸變、析出相的形核與長大行為、位錯演化路徑以及界面結(jié)構(gòu)？這些微觀結(jié)構(gòu)特征如何決定合金的強韌性、抗疲勞性能和高溫蠕變行為？

***研究假設(shè)：**金屬基合金的宏觀力學(xué)性能并非各組分性能的簡單疊加，而是由組元間的相互作用誘導(dǎo)產(chǎn)生的特定微觀結(jié)構(gòu)（如特定的基體畸變狀態(tài)、析出相尺寸/形態(tài)分布、高密度位錯胞等）決定的。通過精確調(diào)控組元配比和加工工藝，可以構(gòu)建具有優(yōu)異綜合力學(xué)性能的微觀結(jié)構(gòu)。

***研究方法：**采用SXRD、HRTEM、高分辨STEM-EELS、納米壓痕、納米劃痕、原位拉伸和疲勞實驗等技術(shù)，結(jié)合DFT計算和相場模擬，研究不同成分和熱處理狀態(tài)下的合金微觀結(jié)構(gòu)演變。重點關(guān)注過渡金屬元素間的協(xié)同效應(yīng)、合金化元素對基體和析出相結(jié)構(gòu)的影響。通過分析原子尺度配位環(huán)境、晶格應(yīng)變場、缺陷分布以及界面結(jié)構(gòu)，關(guān)聯(lián)到宏觀力學(xué)性能的變化規(guī)律。利用機器學(xué)習(xí)建立微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)與力學(xué)性能的預(yù)測模型。

(2)二維材料晶面/缺陷/界面調(diào)控對其電催化性能影響機制研究

***具體研究問題：**不同晶面、層數(shù)、邊緣/空位/摻雜等缺陷類型以及二維材料與基底或其他組元的界面結(jié)構(gòu)，如何影響電催化反應(yīng)的活性位點性質(zhì)、反應(yīng)路徑和電子轉(zhuǎn)移速率？如何構(gòu)建高活性、高選擇性和高穩(wěn)定性的二維電催化劑？

***研究假設(shè)：**二維材料的電催化活性與其表面原子排列、電子態(tài)密度、缺陷密度以及界面處的電荷轉(zhuǎn)移效率密切相關(guān)。通過精確控制二維材料的晶面暴露、缺陷工程和界面構(gòu)建，可以顯著提升其電催化性能。特定的晶面或缺陷可以暴露具有高催化活性的原子位點，而優(yōu)化的界面結(jié)構(gòu)可以促進(jìn)反應(yīng)物吸附和產(chǎn)物脫附，并增強材料在催化環(huán)境中的穩(wěn)定性。

***研究方法：**利用STM、拉曼光譜、X射線光電子能譜（XPS）、電化學(xué)工作站等技術(shù)，研究不同條件下（如退火處理、化學(xué)修飾）二維材料的結(jié)構(gòu)、電子性質(zhì)和電化學(xué)行為。通過原位電化學(xué)表征技術(shù)研究反應(yīng)過程中的結(jié)構(gòu)演變和活性位點變化。結(jié)合DFT計算模擬不同晶面、缺陷和界面處的吸附能、反應(yīng)能壘和電子結(jié)構(gòu)，揭示構(gòu)效關(guān)系。探索通過外延生長、液相剝離、缺陷工程等方法調(diào)控二維材料結(jié)構(gòu)的方法。

(3)納米復(fù)合材料界面結(jié)構(gòu)與協(xié)同增強機制研究

***具體研究問題：**納米復(fù)合材料中增強相與基體之間的界面結(jié)構(gòu)（如界面結(jié)合強度、原子匹配度、界面缺陷）、增強相的尺寸、形貌和分布，如何影響載荷傳遞路徑、界面滑移行為以及復(fù)合材料的整體力學(xué)性能（如強度、韌性、疲勞抗性）？不同類型的增強相（如納米顆粒、納米纖維、納米管）與基體的協(xié)同增強機制有何異同？

***研究假設(shè)：**納米復(fù)合材料的性能高度依賴于界面結(jié)構(gòu)。優(yōu)化的界面結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)有效的應(yīng)力傳遞，抑制界面滑移和基體斷裂，從而顯著提升復(fù)合材料的力學(xué)性能。增強相的尺寸、形貌和分布會影響應(yīng)力集中和能量吸收機制，進(jìn)而影響復(fù)合材料的整體性能。不同增強相與基體的協(xié)同作用可以通過互補的強化機制（如基體屈服強化、界面剪切強化、增強相拔出強化等）實現(xiàn)顯著的性能提升。

***研究方法：**采用HRTEM、STEM-EELS、AFM、納米壓痕、三點彎曲和疲勞實驗等技術(shù)，研究不同制備方法（如原位合成、外延生長、復(fù)合成型）得到的納米復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)，特別是界面結(jié)構(gòu)特征。通過改變增強相的種類、尺寸、形貌和體積分?jǐn)?shù)，系統(tǒng)研究界面結(jié)構(gòu)對復(fù)合材料力學(xué)性能的影響。結(jié)合有限元模擬和斷裂力學(xué)分析，研究載荷傳遞機制和損傷演化過程。利用DFT計算研究界面結(jié)合能和電子結(jié)構(gòu)。

(4)多尺度表征數(shù)據(jù)融合與構(gòu)效關(guān)系模型構(gòu)建

***具體研究問題：**如何有效地融合來自不同表征技術(shù)（如SXRD、HRTEM、EELS、AFM等）的多尺度數(shù)據(jù)？如何利用這些多尺度信息構(gòu)建能夠準(zhǔn)確預(yù)測復(fù)雜材料性能的構(gòu)效關(guān)系模型？如何將實驗觀測與理論計算數(shù)據(jù)整合到統(tǒng)一的框架中？

***研究假設(shè)：**通過開發(fā)基于物理信息的特征提取和機器學(xué)習(xí)算法，可以有效地融合多尺度表征數(shù)據(jù)，提取關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)-性能關(guān)聯(lián)信息。構(gòu)建包含多尺度結(jié)構(gòu)特征作為輸入、材料性能作為輸出的機器學(xué)習(xí)模型，能夠?qū)崿F(xiàn)對材料性能的準(zhǔn)確預(yù)測。建立實驗、計算與理論預(yù)測相結(jié)合的閉環(huán)反饋機制，可以不斷優(yōu)化構(gòu)效關(guān)系模型和材料設(shè)計策略。

***研究方法：**開發(fā)數(shù)據(jù)預(yù)處理、配準(zhǔn)和特征提取算法，用于整合不同來源和分辨率的表征數(shù)據(jù)。研究基于物理約束的機器學(xué)習(xí)模型（如物理信息神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PINN），將已知的物理定律（如能量守恒、動量守恒）融入模型訓(xùn)練過程，提高模型的泛化能力和可解釋性。利用大規(guī)模實驗和計算數(shù)據(jù)集，訓(xùn)練和驗證構(gòu)效關(guān)系預(yù)測模型。建立數(shù)據(jù)庫，存儲多尺度表征數(shù)據(jù)和相應(yīng)的材料性能數(shù)據(jù)。

通過上述研究內(nèi)容的深入探討，本項目期望能夠系統(tǒng)地揭示復(fù)雜材料結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)聯(lián)規(guī)律，發(fā)展先進(jìn)的多尺度表征技術(shù)和數(shù)據(jù)分析方法，為高性能復(fù)雜材料的理性設(shè)計提供堅實的理論指導(dǎo)和實踐路徑。

六.研究方法與技術(shù)路線

1.研究方法、實驗設(shè)計、數(shù)據(jù)收集與分析方法

本項目將采用實驗表征、理論計算和數(shù)據(jù)分析相結(jié)合的綜合研究方法，以實現(xiàn)對復(fù)雜材料結(jié)構(gòu)與性能關(guān)聯(lián)性的深入理解。

(1)研究方法

**多尺度表征技術(shù)：**采用多種先進(jìn)的表征技術(shù)獲取復(fù)雜材料從原子尺度到宏觀尺度的結(jié)構(gòu)信息。

***同步輻射X射線衍射（SXRD）：**利用高通量、高亮度的同步輻射光源，進(jìn)行常規(guī)X射線衍射（XRD）、掃描X射線衍射（SXRD）、高能同步輻射衍射（HESD）和微區(qū)X射線衍射（μ-XRD）實驗。XRD用于確定材料的宏觀相組成和晶體結(jié)構(gòu)參數(shù)。SXRD用于獲取微區(qū)內(nèi)的晶體結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，如晶格畸變、孿晶界、取向分布等。HESD用于獲取更精細(xì)的原子柱或特定原子層的結(jié)構(gòu)信息。μ-XRD用于精確測定納米尺度相的結(jié)構(gòu)和分布。

***高分辨透射電子顯微鏡（HRTEM）與掃描透射電子顯微鏡（STEM）：**利用配備高分辨率物鏡和能譜儀（EELS）的TEM和STEM，對材料進(jìn)行高分辨成像，觀察原子級結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，如原子排列、晶體缺陷（點缺陷、線缺陷、面缺陷）、析出相形貌、尺寸和分布。STEM結(jié)合EELS可實現(xiàn)元素面分布成像（EDS）和局域電子結(jié)構(gòu)分析，揭示元素分布不均勻性和界面結(jié)構(gòu)。

***原子力顯微鏡（AFM）：**利用AFM獲取材料的表面形貌、納米尺度機械性能（如硬度、彈性模量）和表面相互作用信息。在液相環(huán)境下進(jìn)行AFM（液相AFM）可研究材料在水溶液中的表面性質(zhì)和界面行為。

***掃描隧道顯微鏡（STM）：**在低溫和真空條件下，利用STM對二維材料或其他導(dǎo)電材料的表面進(jìn)行原子級成像，獲取表面原子排列、缺陷結(jié)構(gòu)和局域電子態(tài)密度信息。

***原位/工況表征技術(shù)：**利用同步輻射光源或?qū)嶒炇夜庠唇Y(jié)合高溫、高壓、電化學(xué)等原位裝置，研究材料在極端條件下的結(jié)構(gòu)演變和性能響應(yīng)。例如，原位SXRD可研究材料在高溫或電化學(xué)循環(huán)過程中的相變和結(jié)構(gòu)動態(tài)演化。原位STEM可觀察循環(huán)加載或腐蝕過程中位錯運動或界面反應(yīng)。

**理論計算方法：**采用第一性原理計算（DFT）和分子動力學(xué)（MD）等方法模擬材料的原子結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)。

***第一性原理計算（DFT）：**基于密度泛函理論，計算材料的電子結(jié)構(gòu)、原子間相互作用、晶格參數(shù)、形成能、相穩(wěn)定性、吸附能、反應(yīng)能壘等。用于研究原子尺度上的結(jié)構(gòu)-性質(zhì)關(guān)系，如原子配位環(huán)境、電子態(tài)密度、能帶結(jié)構(gòu)、缺陷能等。

***分子動力學(xué)（MD）：**基于牛頓運動定律，模擬材料在給定溫度、壓力和力場下的原子運動軌跡。用于研究材料的熱力學(xué)性質(zhì)、力學(xué)性能（如彈性模量、屈服強度、斷裂韌性）、擴散行為、相變動力學(xué)以及原子尺度上的動態(tài)過程?？山Y(jié)合經(jīng)驗力場或基于DFT開發(fā)的力場進(jìn)行模擬。

***相場模擬：**用于模擬多相合金中相場演化、析出相形核與長大過程、微觀演變及其對宏觀性能的影響。

**數(shù)據(jù)分析方法：**利用先進(jìn)的圖像處理、結(jié)構(gòu)分析、統(tǒng)計分析和機器學(xué)習(xí)算法處理和解讀實驗與計算數(shù)據(jù)。

***圖像處理與分析：**對TEM、STEM、AFM等獲取的圖像進(jìn)行標(biāo)度校正、去噪、特征提取（如晶粒尺寸、缺陷密度、析出相分布、表面形貌特征等）。

***結(jié)構(gòu)精修：**利用衍射數(shù)據(jù)或高分辨圖像，結(jié)合幾何約束相消（GPA）等方法，精修材料的晶體結(jié)構(gòu)參數(shù)和原子坐標(biāo)。

***統(tǒng)計與關(guān)聯(lián)分析：**對多組實驗數(shù)據(jù)或模擬數(shù)據(jù)，進(jìn)行統(tǒng)計分析，研究微觀結(jié)構(gòu)特征與宏觀性能之間的統(tǒng)計關(guān)系。

***機器學(xué)習(xí)與數(shù)據(jù)挖掘：**利用支持向量機（SVM）、隨機森林（RandomForest）、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（NeuralNetwork）特別是物理信息神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（PINN）等方法，構(gòu)建微觀結(jié)構(gòu)特征到宏觀性能的預(yù)測模型。開發(fā)數(shù)據(jù)融合算法，整合多尺度表征數(shù)據(jù)。

(2)實驗設(shè)計

針對金屬基合金、二維材料及其納米復(fù)合材料，設(shè)計系列化的實驗方案。

***金屬基合金：**設(shè)計不同元素組成、不同熱處理制度和不同加工工藝（如鑄造、鍛造、軋制、熱處理、塑性變形）的合金樣品。利用上述多尺度表征技術(shù)系統(tǒng)研究元素配比、晶粒尺寸、析出相種類、尺寸、形態(tài)、分布以及基體畸變等因素對合金力學(xué)性能、抗腐蝕性能或磁學(xué)性能的影響。采用統(tǒng)計實驗設(shè)計方法，優(yōu)化合金成分和工藝參數(shù)。

***二維材料：**通過外延生長、化學(xué)氣相沉積（CVD）、液相剝離、氧化還原法等方法制備不同晶面、層數(shù)、缺陷類型（如空位、官能團、摻雜）和厚度的二維材料薄膜或納米片。利用各種表征技術(shù)研究結(jié)構(gòu)、形貌和電子性質(zhì)。通過化學(xué)修飾、異質(zhì)結(jié)構(gòu)建等方法調(diào)控其表面性質(zhì)和界面結(jié)構(gòu)。在電化學(xué)池中進(jìn)行電催化性能測試，研究反應(yīng)活性、選擇性和穩(wěn)定性。

***納米復(fù)合材料：**設(shè)計制備不同增強相種類（如碳納米管、納米顆粒、納米纖維）、不同體積分?jǐn)?shù)、不同界面結(jié)構(gòu)的納米復(fù)合材料。例如，通過原位復(fù)合、表面改性、分散處理等方法控制界面結(jié)合狀態(tài)。利用表征技術(shù)研究增強相分散性、界面結(jié)構(gòu)和復(fù)合材料的整體微觀結(jié)構(gòu)。進(jìn)行力學(xué)性能測試（拉伸、壓縮、彎曲、磨損、疲勞），評估復(fù)合材料的強化效果和韌性。

(3)數(shù)據(jù)收集與分析

建立系統(tǒng)的數(shù)據(jù)收集和管理流程。

***數(shù)據(jù)收集：**詳細(xì)記錄所有實驗和計算參數(shù)，規(guī)范存儲原始數(shù)據(jù)（圖像、光譜、衍射圖、計算輸出文件等）和過程數(shù)據(jù)。建立共享數(shù)據(jù)庫，存儲材料樣品信息、制備工藝、表征數(shù)據(jù)（結(jié)構(gòu)參數(shù)、元素分布、電子結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能、電化學(xué)性能等）。

***數(shù)據(jù)預(yù)處理：**對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的校正（如標(biāo)度校正、背景扣除、噪聲抑制）和質(zhì)量控制。對圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行分割、特征提取和量化。

***數(shù)據(jù)分析：**首先進(jìn)行基于物理原理的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析和性能分析。然后，利用統(tǒng)計分析方法研究結(jié)構(gòu)參數(shù)與性能之間的統(tǒng)計關(guān)系。最后，利用機器學(xué)習(xí)模型，構(gòu)建數(shù)據(jù)驅(qū)動的構(gòu)效關(guān)系預(yù)測模型。將實驗數(shù)據(jù)與計算結(jié)果進(jìn)行對比，驗證模型和理論假設(shè)。定期評估分析方法和模型的有效性。

2.技術(shù)路線

本項目的研究將按照以下技術(shù)路線展開：

**第一階段：基礎(chǔ)研究與平臺搭建（第1-12個月）**

***技術(shù)準(zhǔn)備：**熟悉并優(yōu)化實驗室現(xiàn)有的多尺度表征設(shè)備（SXRD線站、TEM、AFM等）。學(xué)習(xí)并掌握DFT和MD模擬的基本原理和計算軟件（如VASP、LAMMPS）。引進(jìn)或開發(fā)必要的數(shù)據(jù)分析工具和機器學(xué)習(xí)庫。

***材料制備與表征：**按照預(yù)定方案制備首批金屬基合金、二維材料或納米復(fù)合材料樣品。利用基礎(chǔ)表征技術(shù)（XRD、SEM等）進(jìn)行初步表征。選擇代表性樣品進(jìn)行深入的多尺度結(jié)構(gòu)表征（SXRD、HRTEM、STEM-EELS、AFM等），獲取初始數(shù)據(jù)集。

***方法驗證：**對選定的表征技術(shù)和計算方法進(jìn)行精度和可靠性驗證。初步探索數(shù)據(jù)融合和分析方法。

**第二階段：系統(tǒng)性結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系研究（第13-36個月）**

***多尺度表征系統(tǒng)研究：**根據(jù)第一階段的初步結(jié)果，擴展實驗設(shè)計，系統(tǒng)研究不同合金成分、熱處理、加工工藝；不同二維材料晶面、層數(shù)、缺陷、襯底；不同納米復(fù)合材料增強相、體積分?jǐn)?shù)、界面等因素對材料微觀結(jié)構(gòu)和宏觀性能的影響。獲取大規(guī)模、高質(zhì)量的多尺度表征數(shù)據(jù)和性能數(shù)據(jù)。

***理論計算模擬：**針對實驗中觀察到的關(guān)鍵微觀結(jié)構(gòu)特征（如特定析出相、缺陷類型、界面結(jié)構(gòu)），進(jìn)行DFT和MD模擬計算。模擬計算結(jié)果用于解釋實驗現(xiàn)象，指導(dǎo)實驗設(shè)計，并為數(shù)據(jù)分析提供理論基準(zhǔn)。

***數(shù)據(jù)分析與模型構(gòu)建：**對收集到的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)分析。利用統(tǒng)計分析方法揭示結(jié)構(gòu)-性能的統(tǒng)計規(guī)律。開始構(gòu)建基于機器學(xué)習(xí)的構(gòu)效關(guān)系預(yù)測模型，探索數(shù)據(jù)融合技術(shù)。

**第三階段：構(gòu)效關(guān)系模型優(yōu)化與應(yīng)用（第37-48個月）**

***模型優(yōu)化與驗證：**利用更多的實驗和計算數(shù)據(jù)對構(gòu)效關(guān)系模型進(jìn)行訓(xùn)練、優(yōu)化和驗證。評估模型的預(yù)測精度和泛化能力。將實驗觀測與模型預(yù)測結(jié)果進(jìn)行對比分析，修正理論假設(shè)和模型參數(shù)。

***材料設(shè)計與應(yīng)用探索：**基于優(yōu)化后的構(gòu)效關(guān)系模型，進(jìn)行反向設(shè)計，提出具有目標(biāo)性能的新型復(fù)雜材料結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。選擇有潛力的設(shè)計方案制備樣品，進(jìn)行實驗驗證。探索研究成果在能源、航空航天等領(lǐng)域的應(yīng)用可能性。

**第四階段：總結(jié)與成果凝練（第49-60個月）**

***研究總結(jié)：**系統(tǒng)總結(jié)項目取得的理論成果、技術(shù)突破和實際應(yīng)用價值。完成高質(zhì)量的學(xué)術(shù)論文、研究報告和技術(shù)專利。

***成果交流與推廣：**在國內(nèi)外高水平學(xué)術(shù)會議和期刊上發(fā)表研究成果。項目成果交流會，與相關(guān)領(lǐng)域的科研人員和產(chǎn)業(yè)界專家進(jìn)行交流。整理項目成果，形成可推廣的技術(shù)方案或方法體系。

關(guān)鍵步驟包括：精心設(shè)計實驗方案以確保數(shù)據(jù)的代表性和系統(tǒng)性；選擇合適的表征技術(shù)組合以獲取所需的多尺度信息；精確執(zhí)行實驗操作和計算模擬以保證數(shù)據(jù)的可靠性；開發(fā)高效的數(shù)據(jù)分析算法和機器學(xué)習(xí)模型以挖掘數(shù)據(jù)中的深層關(guān)聯(lián)；以及建立實驗、計算與理論預(yù)測的閉環(huán)反饋機制以指導(dǎo)材料設(shè)計和優(yōu)化。整個研究過程將注重質(zhì)量控制、數(shù)據(jù)管理和成果共享，確保研究目標(biāo)的順利實現(xiàn)。

七．創(chuàng)新點

本項目在復(fù)雜材料結(jié)構(gòu)與性能關(guān)聯(lián)性的研究方面，擬從理論、方法和應(yīng)用三個層面提出一系列創(chuàng)新點，旨在突破現(xiàn)有研究的瓶頸，深化對材料科學(xué)基本規(guī)律的理解，并推動高性能復(fù)雜材料的研發(fā)與應(yīng)用。

(1)理論創(chuàng)新：建立基于多物理場耦合的復(fù)雜材料構(gòu)效關(guān)系理論框架。

當(dāng)前對復(fù)雜材料結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系的理解往往局限于單一物理場（如力學(xué)場、電化學(xué)場）或單一尺度，難以完全捕捉材料行為的內(nèi)在復(fù)雜性。本項目提出的理論創(chuàng)新在于，旨在建立一個能夠同時考慮結(jié)構(gòu)、電子、聲子、力場等多物理場相互作用，并跨越原子、納米、宏觀多尺度的耦合理論框架。具體而言，我們將深入研究結(jié)構(gòu)畸變（如晶格應(yīng)變、堆垛層錯）、缺陷、界面、元素協(xié)同作用等微觀結(jié)構(gòu)因素如何通過影響材料的電子能帶結(jié)構(gòu)、聲子譜、位錯運動力學(xué)以及界面電荷轉(zhuǎn)移過程，最終決定其力學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)或催化等宏觀性能。這將超越傳統(tǒng)的線性響應(yīng)或獨立影響因素假設(shè)，揭示多物理場耦合以及尺度效應(yīng)在決定材料性能中的核心作用。例如，在金屬基合金中，我們將不僅關(guān)注析出相對基體強韌化的貢獻(xiàn)，更將探討析出相與基體之間的界面應(yīng)力場、界面電子結(jié)構(gòu)重構(gòu)以及位錯與析出相的交互作用對整體力學(xué)性能的非線性影響。在二維材料中，我們將結(jié)合其獨特的二維限域效應(yīng)，研究層間相互作用、邊緣態(tài)、缺陷態(tài)與表面電子結(jié)構(gòu)的協(xié)同效應(yīng)，及其對電催化活性位點形成和反應(yīng)路徑的影響。這種多物理場耦合的理論視角，將有助于更本質(zhì)地理解復(fù)雜材料的構(gòu)效關(guān)系，為材料設(shè)計提供更普適、更深入的理論指導(dǎo)。

(2)方法創(chuàng)新：發(fā)展系統(tǒng)性的多尺度表征數(shù)據(jù)融合與智能分析技術(shù)。

復(fù)雜材料的多尺度表征會產(chǎn)生海量的、高維度的、異構(gòu)的數(shù)據(jù)，如何有效地提取這些數(shù)據(jù)中的信息，建立微觀結(jié)構(gòu)到宏觀性能的關(guān)聯(lián)，是當(dāng)前研究面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。本項目的另一大創(chuàng)新點在于發(fā)展一套系統(tǒng)性的多尺度表征數(shù)據(jù)融合與智能分析技術(shù)。首先，我們將開發(fā)基于物理約束的數(shù)據(jù)增強與降噪方法，提高多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的質(zhì)量和一致性。其次，我們將構(gòu)建多尺度表征數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化描述體系，實現(xiàn)不同模態(tài)、不同尺度數(shù)據(jù)的統(tǒng)一表征。核心創(chuàng)新在于，我們將探索將物理信息神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（PINN）等先進(jìn)機器學(xué)習(xí)模型與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析、統(tǒng)計方法相結(jié)合，構(gòu)建數(shù)據(jù)驅(qū)動的構(gòu)效關(guān)系模型。PINN方法能夠?qū)⒁阎奈锢矶桑ㄈ缒芰渴睾恪⑵胶夥匠?、本?gòu)關(guān)系等）顯式地融入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的損失函數(shù)中，使得模型在學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)模式的同時必須遵守物理規(guī)律，從而提高模型的物理可解釋性、泛化能力和對稀疏數(shù)據(jù)的魯棒性。此外，我們將開發(fā)基于圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（GNN）的方法來處理材料中的非歐氏結(jié)構(gòu)（如原子結(jié)構(gòu)、納米顆粒網(wǎng)絡(luò)），更精確地捕捉長程依賴關(guān)系和復(fù)雜的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對性能的影響。通過這些方法創(chuàng)新，本項目將能夠從海量多尺度表征數(shù)據(jù)中高效、準(zhǔn)確地挖掘出隱藏的構(gòu)效關(guān)系，為復(fù)雜材料的理性設(shè)計提供強大的數(shù)據(jù)分析和預(yù)測工具。

(3)應(yīng)用創(chuàng)新：面向國家重大需求的復(fù)雜材料精準(zhǔn)設(shè)計策略與示范。

本項目的最終目標(biāo)是推動研究成果的實際應(yīng)用，服務(wù)于國家重大戰(zhàn)略需求。在應(yīng)用創(chuàng)新方面，本項目將聚焦于能源轉(zhuǎn)換（高效電催化劑）、航空航天（高溫結(jié)構(gòu)材料）等關(guān)鍵領(lǐng)域，提出基于構(gòu)效關(guān)系模型的材料精準(zhǔn)設(shè)計策略，并進(jìn)行實驗驗證和性能評估。

在能源領(lǐng)域，特別是電催化領(lǐng)域，本項目將通過系統(tǒng)研究二維材料（如MoS2、WSe2等）的晶面/缺陷/襯底/界面調(diào)控對其電催化析氫、氧還原等反應(yīng)活性和穩(wěn)定性的影響機制，結(jié)合構(gòu)效關(guān)系模型，設(shè)計出具有高活性、高選擇性和高穩(wěn)定性的新型電催化劑。例如，通過理論預(yù)測指導(dǎo)，設(shè)計具有特定原子排列和缺陷類型的二維材料單晶，或構(gòu)建具有優(yōu)化的界面結(jié)構(gòu)的二維/三維復(fù)合電極材料，以實現(xiàn)電催化性能的顯著提升。這將為下一代清潔能源技術(shù)的開發(fā)提供關(guān)鍵的材料基礎(chǔ)。

在航空航天領(lǐng)域，本項目將研究高溫合金、鈦合金等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)材料的微觀結(jié)構(gòu)（如晶粒尺寸、析出相類型/尺寸/分布、基體畸變）在高溫、應(yīng)力等工況下的演變規(guī)律及其對材料蠕變、疲勞、抗氧化性能的影響機制?；跇?gòu)建的構(gòu)效關(guān)系模型，提出通過微合金化、定向凝固、粉末冶金等先進(jìn)制備技術(shù)，精確調(diào)控材料微觀結(jié)構(gòu)，以獲得兼具優(yōu)異高溫強度、抗蠕變性和抗氧化性的高性能結(jié)構(gòu)材料的設(shè)計方案。例如，針對某特定應(yīng)用場景（如航空發(fā)動機渦輪葉片），通過模型預(yù)測，優(yōu)化合金成分和熱處理工藝，以獲得滿足苛刻性能要求的材料。

此外，本項目還將探索構(gòu)建基于構(gòu)效關(guān)系模型的材料設(shè)計數(shù)據(jù)庫和在線預(yù)測平臺，為相關(guān)行業(yè)提供材料性能預(yù)測和設(shè)計咨詢服務(wù)，加速高性能復(fù)雜材料的研發(fā)進(jìn)程，推動產(chǎn)業(yè)升級。這種面向?qū)嶋H應(yīng)用的精準(zhǔn)設(shè)計策略與示范，將使本項目的研究成果不僅具有重要的科學(xué)價值，更能產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟效益和社會效益，切實服務(wù)于國家戰(zhàn)略需求。

通過上述理論、方法和應(yīng)用層面的創(chuàng)新，本項目期望能夠為復(fù)雜材料科學(xué)領(lǐng)域帶來新的研究范式，深化對材料結(jié)構(gòu)與性能復(fù)雜關(guān)聯(lián)機制的認(rèn)識，并加速高性能材料的研發(fā)進(jìn)程，為國家科技自立自強和高質(zhì)量發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

八．預(yù)期成果

本項目預(yù)期通過系統(tǒng)性的研究，在理論、方法、數(shù)據(jù)資源和應(yīng)用示范等多個方面取得一系列創(chuàng)新性成果，為復(fù)雜材料科學(xué)與高性能材料研發(fā)領(lǐng)域做出實質(zhì)性貢獻(xiàn)。

(1)理論成果：

第一，建立一套完善的復(fù)雜材料多尺度結(jié)構(gòu)與性能關(guān)聯(lián)的理論框架。通過深入研究金屬基合金、二維材料及其納米復(fù)合材料的典型案例，揭示微觀結(jié)構(gòu)特征（如原子配位畸變、晶格應(yīng)變、缺陷類型與密度、析出相尺寸/形態(tài)/分布、界面結(jié)構(gòu)等）如何通過影響材料的電子結(jié)構(gòu)、聲子譜、位錯演化、界面反應(yīng)等內(nèi)在物理過程，最終決定其力學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)或催化等宏觀性能。預(yù)期闡明元素協(xié)同效應(yīng)、二維材料晶面/缺陷/界面調(diào)控、納米復(fù)合材料的界面協(xié)同增強等關(guān)鍵科學(xué)問題中的內(nèi)在作用機制，為材料科學(xué)的基本理論提供新的見解和補充。

第二，發(fā)展一套基于多物理場耦合和尺度效應(yīng)的材料構(gòu)效關(guān)系理論模型。預(yù)期建立能夠描述結(jié)構(gòu)、電子、力學(xué)等多場耦合作用的數(shù)學(xué)模型或解析表達(dá)式，并考慮從原子尺度到宏觀尺度的尺度轉(zhuǎn)換效應(yīng)。這些模型將超越傳統(tǒng)的單一尺度或單一物理場理論，能夠更準(zhǔn)確地預(yù)測復(fù)雜材料在不同服役條件下的性能表現(xiàn)，為材料的設(shè)計和優(yōu)化提供更可靠的理論依據(jù)。

第三，發(fā)表一系列高水平學(xué)術(shù)論文和出版專著。預(yù)期在國際頂尖期刊（如NatureMaterials,NatureMaterials,NatureCommunications,NaturePhysics,AdvancedMaterials,NatureElectronics等）上發(fā)表系列研究論文，系統(tǒng)闡述項目的研究發(fā)現(xiàn)和理論創(chuàng)新。同時，整理研究過程中的關(guān)鍵方法和重要結(jié)論，撰寫一部關(guān)于復(fù)雜材料結(jié)構(gòu)與性能關(guān)聯(lián)性的專著，為學(xué)術(shù)界提供權(quán)威的參考著作。

(2)方法成果：

第一，開發(fā)一套系統(tǒng)化的復(fù)雜材料多尺度表征數(shù)據(jù)處理與分析方法。預(yù)期建立標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)預(yù)處理流程、多尺度結(jié)構(gòu)特征提取算法以及表征數(shù)據(jù)融合框架，提高數(shù)據(jù)處理效率和準(zhǔn)確性。發(fā)展基于物理約束的機器學(xué)習(xí)模型（如PINN、物理信息神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)），構(gòu)建具有高精度和高可解釋性的構(gòu)效關(guān)系預(yù)測模型，為材料設(shè)計提供強大的數(shù)據(jù)驅(qū)動工具。

第二，形成一套可用于復(fù)雜材料智能設(shè)計的軟件工具或數(shù)據(jù)庫平臺。預(yù)期將項目開發(fā)的關(guān)鍵算法和模型集成到用戶友好的軟件平臺中，實現(xiàn)多尺度表征數(shù)據(jù)的智能分析、構(gòu)效關(guān)系預(yù)測和材料逆向設(shè)計。同時，構(gòu)建包含大規(guī)模實驗和計算數(shù)據(jù)的材料性能數(shù)據(jù)庫，為科研人員和產(chǎn)業(yè)界提供便捷的材料性能查詢和設(shè)計咨詢服務(wù)。

第三，提出一套可推廣的多尺度表征與智能分析技術(shù)方案。預(yù)期總結(jié)項目在方法創(chuàng)新方面的經(jīng)驗和成果，形成一套適用于不同類型復(fù)雜材料的、系統(tǒng)性的研究方法學(xué)方案，為該領(lǐng)域的后續(xù)研究和產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供技術(shù)指導(dǎo)。

(3)應(yīng)用成果：

第一，提出面向特定應(yīng)用的高性能復(fù)雜材料精準(zhǔn)設(shè)計策略。預(yù)期針對能源轉(zhuǎn)換（如高效電催化劑）、航空航天（如高溫結(jié)構(gòu)材料）等國家重大需求，基于構(gòu)效關(guān)系模型，提出具有明確設(shè)計路線和理論依據(jù)的材料改性方案或新結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。例如，設(shè)計出具有特定晶面、缺陷或界面結(jié)構(gòu)的二維材料電催化劑，其活性、選擇性和穩(wěn)定性顯著優(yōu)于現(xiàn)有商用材料；設(shè)計出具有優(yōu)異高溫強韌性的合金或復(fù)合材料，滿足航空發(fā)動機等極端工況下的使用要求。

第二，制備出具有突破性性能的新型復(fù)雜材料樣品?；陧椖刻岢龅脑O(shè)計策略，成功制備出在電催化活性、力學(xué)性能、耐高溫性能等方面達(dá)到國際先進(jìn)水平或填補國內(nèi)空白的材料樣品。通過系統(tǒng)表征和性能測試，驗證設(shè)計策略的有效性和理論模型的預(yù)測能力。

第三，推動研究成果在相關(guān)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)化與應(yīng)用。預(yù)期與相關(guān)領(lǐng)域的科研機構(gòu)、高校和企業(yè)建立合作關(guān)系，共同推進(jìn)項目研究成果的轉(zhuǎn)化應(yīng)用。例如，將開發(fā)的材料設(shè)計軟件平臺或數(shù)據(jù)庫授權(quán)給相關(guān)企業(yè)使用，為其新材料研發(fā)提供技術(shù)支持；聯(lián)合開發(fā)面向特定應(yīng)用的高性能材料，并進(jìn)行中試或小批量生產(chǎn)，探索產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用路徑。通過成果轉(zhuǎn)化，產(chǎn)生直接或間接的經(jīng)濟效益，提升我國在高端材料領(lǐng)域的自主創(chuàng)新能力和國際競爭力。

第四，培養(yǎng)一批具備多尺度思維和跨學(xué)科研究能力的專業(yè)人才。項目將吸引和培養(yǎng)一批博士和碩士研究生，使其深入?yún)⑴c復(fù)雜材料的實驗表征、理論計算和數(shù)據(jù)分析全流程研究。通過項目實施，形成一支高水平的研究團隊，并為材料科學(xué)領(lǐng)域輸送具備創(chuàng)新能力的后備人才。同時，通過舉辦學(xué)術(shù)研討會、開展科普講座等活動，促進(jìn)學(xué)術(shù)交流，提升公眾對材料科學(xué)的認(rèn)知。

綜上所述，本項目預(yù)期在復(fù)雜材料結(jié)構(gòu)與性能關(guān)聯(lián)性的研究方面取得一系列具有國際影響力的理論創(chuàng)新、方法突破和應(yīng)用示范成果，為推動高性能復(fù)雜材料的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)升級，以及服務(wù)國家重大戰(zhàn)略需求做出積極貢獻(xiàn)。

九.項目實施計劃

(1)時間規(guī)劃與任務(wù)分配

本項目計劃總執(zhí)行周期為五年，分為四個主要階段，每個階段下設(shè)具體的子任務(wù)和明確的進(jìn)度安排。項目組成員將根據(jù)專業(yè)背景和研究經(jīng)驗，合理分配任務(wù)，確保研究按計劃推進(jìn)。

第一階段：基礎(chǔ)研究與平臺搭建（第1-12個月）

**任務(wù)分配：**項目負(fù)責(zé)人（PI）負(fù)責(zé)整體方案制定、資源協(xié)調(diào)和進(jìn)度管理；理論計算組負(fù)責(zé)DFT與MD模擬平臺的搭建與驗證，以及初步的理論模型構(gòu)建；實驗表征組負(fù)責(zé)同步輻射光源、高分辨透射電子顯微鏡等大型設(shè)備的申請與使用，并完成首批材料的制備與基礎(chǔ)表征；數(shù)據(jù)分析組負(fù)責(zé)開發(fā)數(shù)據(jù)預(yù)處理和初步的數(shù)據(jù)分析腳本。PI負(fù)責(zé)與國內(nèi)外同行進(jìn)行交流，邀請專家進(jìn)行學(xué)術(shù)指導(dǎo)。

**進(jìn)度安排：**第1-3個月：完成項目方案的細(xì)化，確定具體研究方案和實驗設(shè)計，申請所需的大型儀器設(shè)備使用時間，組建研究團隊，開展文獻(xiàn)調(diào)研和理論學(xué)習(xí)。第4-9個月：同步進(jìn)行材料制備、基礎(chǔ)表征和理論計算方法的準(zhǔn)備，開展設(shè)備操作培訓(xùn)，完成首批材料的制備與初步表征，進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理方法的初步探索。第10-12個月：完成第一階段報告，總結(jié)階段性成果，調(diào)整研究方案，優(yōu)化實驗設(shè)計，為第二階段研究奠定基礎(chǔ)。

第二階段：系統(tǒng)性結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系研究（第13-36個月）

**任務(wù)分配：**理論計算組負(fù)責(zé)深化多物理場耦合模型，開展大規(guī)模DFT與MD模擬，研究關(guān)鍵微觀結(jié)構(gòu)對材料性能的影響機制。實驗表征組負(fù)責(zé)開展系統(tǒng)的多尺度表征實驗，獲取不同條件下材料的結(jié)構(gòu)演變和性能數(shù)據(jù)，包括SXRD、HRTEM、STEM-EELS、AFM等表征數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)分析組負(fù)責(zé)開發(fā)數(shù)據(jù)融合算法和構(gòu)效關(guān)系分析模型，利用機器學(xué)習(xí)方法挖掘數(shù)據(jù)中的關(guān)聯(lián)規(guī)律。PI負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)各小組工作，階段性研討會，邀請專家進(jìn)行中期評估。

**進(jìn)度安排：**第13-18個月：完成金屬基合金系列材料的制備，進(jìn)行SXRD、HRTEM、STEM-EELS表征，獲取基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，初步建立構(gòu)效關(guān)系模型。第19-24個月：開展理論計算模擬，研究析出相、缺陷等對合金性能的影響機制，驗證實驗假設(shè)。第25-30個月：進(jìn)行二維材料系列樣品的制備與表征，包括不同晶面、層數(shù)、缺陷，進(jìn)行電化學(xué)性能測試，分析結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系。第31-36個月：整合實驗與計算數(shù)據(jù)，優(yōu)化數(shù)據(jù)融合方法，構(gòu)建初步的構(gòu)效關(guān)系預(yù)測模型，完成第二階段報告，準(zhǔn)備第三階段的研究方案。

第三階段：構(gòu)效關(guān)系模型優(yōu)化與應(yīng)用（第37-48個月）

**任務(wù)分配：**理論計算組負(fù)責(zé)進(jìn)一步優(yōu)化多物理場耦合模型，開發(fā)基于物理信息的機器學(xué)習(xí)模型，提升構(gòu)效關(guān)系預(yù)測精度和可解釋性。實驗表征組負(fù)責(zé)根據(jù)模型預(yù)測結(jié)果，設(shè)計具有目標(biāo)性能的新型材料，進(jìn)行系統(tǒng)的表征和性能測試。數(shù)據(jù)分析組負(fù)責(zé)完善數(shù)據(jù)融合框架，將實驗數(shù)據(jù)與模型預(yù)測結(jié)果進(jìn)行對比驗證，修正理論假設(shè)和模型參數(shù)。PI負(fù)責(zé)應(yīng)用探索研討會，與相關(guān)產(chǎn)業(yè)界專家交流，推動研究成果轉(zhuǎn)化。

**進(jìn)度安排：**第37-40個月：完成金屬基合金構(gòu)效關(guān)系模型的優(yōu)化，開發(fā)基于物理信息的機器學(xué)習(xí)模型，提升預(yù)測精度和可解釋性。第41-44個月：根據(jù)模型預(yù)測，設(shè)計新型二維材料電催化劑和納米復(fù)合材料，進(jìn)行制備和表征，評估性能。第45-48個月：整合實驗、計算和模型預(yù)測結(jié)果，進(jìn)行深入對比分析，修正理論假設(shè)和模型參數(shù)，完成構(gòu)效關(guān)系模型的最終優(yōu)化。同時，開展應(yīng)用探索，撰寫項目成果總結(jié)報告，準(zhǔn)備第四階段工作。

第四階段：總結(jié)與成果凝練（第49-60個月）

**任務(wù)分配：**理論計算組負(fù)責(zé)整理理論模型和計算方法，撰寫相關(guān)學(xué)術(shù)論文。實驗表征組負(fù)責(zé)整理實驗數(shù)據(jù)，撰寫研究論文，整理實驗材料，負(fù)責(zé)項目成果的展示與推廣。數(shù)據(jù)分析組負(fù)責(zé)整理模型代碼和數(shù)據(jù)庫，撰寫軟件使用說明和數(shù)據(jù)庫管理手冊。PI負(fù)責(zé)項目結(jié)題會，邀請專家進(jìn)行成果評估，完成項目申請書、結(jié)題報告和成果匯編。負(fù)責(zé)項目成果的轉(zhuǎn)化應(yīng)用，推動產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

**進(jìn)度安排：**第49-52個月：完成項目結(jié)題報告，整理研究過程中的數(shù)據(jù)和代碼，撰寫系列學(xué)術(shù)論文，準(zhǔn)備項目成果匯編。第53-56個月：完成結(jié)題會籌備工作，邀請專家進(jìn)行成果評估，進(jìn)行項目成果展示和推廣。第57-60個月：完成項目申請書，整理項目成果，推動成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用，完成項目結(jié)題和成果歸檔。

(2)風(fēng)險管理策略

本項目在實施過程中可能面臨以下風(fēng)險：技術(shù)風(fēng)險、人員風(fēng)險和成果轉(zhuǎn)化風(fēng)險。

第一，技術(shù)風(fēng)險主要來自于多尺度表征技術(shù)的復(fù)雜性和理論模型的預(yù)測精度。針對此風(fēng)險，項目組將采取以下措施：一是加強技術(shù)預(yù)研，提前驗證關(guān)鍵技術(shù)的可行性；二是建立完善的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制體系，確保實驗和計算數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性；三是采用多種方法相互驗證，提高模型的魯棒性。例如，對于多尺度表征，將聯(lián)合國內(nèi)外頂尖研究團隊，共享技術(shù)經(jīng)驗，確保實驗方案的科學(xué)性和可操作性。對于理論模型，將引入物理信息神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，將物理規(guī)律融入模型訓(xùn)練過程，提高模型的物理可解釋性和泛化能力。

第二，人員風(fēng)險主要來自于項目組成員的健康狀況、研究興趣變化以及團隊協(xié)作問題。針對此風(fēng)險，項目組將建立完善的人員管理和激勵機制，確保團隊穩(wěn)定性和成員的積極性。首先，將建立明確的任務(wù)分配和考核制度，定期召開團隊會議，加強溝通協(xié)作，確保項目按計劃推進(jìn)。其次，將提供充足的科研經(jīng)費和良好的工作環(huán)境，保障項目組成員的科研條件。最后，將定期團隊建設(shè)活動，增進(jìn)成員之間的了解和信任，提升團隊凝聚力。

第三，成果轉(zhuǎn)化風(fēng)險主要來自于研究成果與產(chǎn)業(yè)需求之間的脫節(jié)。針對此風(fēng)險，項目組將加強與產(chǎn)業(yè)界的合作，共同制定研究方案，確保研究成果能夠滿足產(chǎn)業(yè)需求。首先，將建立與相關(guān)企業(yè)、科研機構(gòu)簽訂合作協(xié)議，明確雙方的權(quán)利和義務(wù)。其次，將定期成果轉(zhuǎn)化研討會，邀請產(chǎn)業(yè)界專家參與，共同探討成果應(yīng)用前景和轉(zhuǎn)化路徑。最后，將開發(fā)易于產(chǎn)業(yè)界使用的軟件工具和數(shù)據(jù)庫，降低成果轉(zhuǎn)化的技術(shù)門檻。

通過上述風(fēng)險管理策略，項目組將有效識別、評估和控制項目實施過程中的風(fēng)險，確保項目的順利推進(jìn)，并最大限度地降低風(fēng)險對項目目標(biāo)的負(fù)面影響。

十.項目團隊

(1)團隊成員介紹

本項目匯聚了在材料科學(xué)領(lǐng)域具有深厚造詣的學(xué)術(shù)帶頭人及經(jīng)驗豐富的科研骨干，團隊成員涵蓋金屬基合金、二維材料、理論計算、實驗表征、數(shù)據(jù)分析和應(yīng)用研究等多個方向，具備開展復(fù)雜材料結(jié)構(gòu)與性能關(guān)聯(lián)性研究的綜合實力。

**項目負(fù)責(zé)人（PI）：張明**，材料物理學(xué)家，教授，博士生導(dǎo)師。長期從事復(fù)雜材料的結(jié)構(gòu)表征、理論計算和性能研究，在金屬基合金、納米材料等領(lǐng)域取得一系列創(chuàng)新性成果。曾主持國家自然科學(xué)基金重點項目、國家重點研發(fā)計劃項目多項，在NatureMaterials、NaturePhysics等國際頂級期刊發(fā)表論文50余篇，擁有多項發(fā)明專利。具備豐富的項目管理經(jīng)驗和團隊領(lǐng)導(dǎo)能力，熟悉多尺度表征技術(shù)和理論計算方法，尤其在金屬基合金的微觀結(jié)構(gòu)演變與力學(xué)性能關(guān)聯(lián)方面有系統(tǒng)性的研究積累。

**理論計算組組長：李華**，理論物理學(xué)家，研究員。在第一性原理計算和分子動力學(xué)模擬方面具有深厚造詣，擅長開發(fā)基于密度泛函理論的多尺度模擬方法，在材料性能預(yù)測和機理研究方面積累了豐富經(jīng)驗。曾參與多項國家級科研項目，在PhysicalReviewLetters、NatureCommunications等期刊發(fā)表論文30余篇，并參與開發(fā)了多種材料模擬軟件。負(fù)責(zé)項目的理論計算模擬工作，包括構(gòu)建多物理場耦合模型、開展大規(guī)模DFT與MD模擬，以及開發(fā)基于物理信息的機器學(xué)習(xí)模型，揭示復(fù)雜材料的構(gòu)效關(guān)系。同時，負(fù)責(zé)指導(dǎo)理論計算方向的博士后和研究生，培養(yǎng)跨學(xué)科研究人才。

**實驗表征組組長：王強**，材料科學(xué)與工程專家，高級工程師。在同步輻射X射線衍射、高分辨透射電子顯微鏡、原子力顯微鏡等先進(jìn)表征技術(shù)方面具有豐富的實驗經(jīng)驗和深厚的技術(shù)積累。曾作為核心成員參與多項國家重大科學(xué)儀器設(shè)備研制項目，在AppliedPhysicsLetters、ChemicalMaterials等期刊發(fā)表論文20余篇，擁有多項表征技術(shù)專利。負(fù)責(zé)項目的實驗表征工作，包括材料制備、結(jié)構(gòu)表征、性能測試等，并負(fù)責(zé)指導(dǎo)實驗表征方向的博士后和研究生。負(fù)責(zé)建立完善的實驗表征平臺，確保項目所需的多尺度表征數(shù)據(jù)的獲取，并負(fù)責(zé)指導(dǎo)實驗數(shù)據(jù)的處理、分析和解讀。

**數(shù)據(jù)分析組組長：趙敏**，計算機科學(xué)家，副教授。在數(shù)據(jù)挖掘、機器學(xué)習(xí)和領(lǐng)域具有深厚的理論基礎(chǔ)和豐富的項目經(jīng)驗。曾主持多項國家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項目，在NatureMachineIntelligence、JournalofMachineLearningResearch等期刊發(fā)表論文20余篇，開發(fā)了多種數(shù)據(jù)分析算法和機器學(xué)習(xí)模型。負(fù)責(zé)項目的數(shù)據(jù)分析工作，包括多尺度表征數(shù)據(jù)的融合、特征提取、構(gòu)效關(guān)系模型的構(gòu)建和優(yōu)化，以及開發(fā)基于機器學(xué)習(xí)的材料設(shè)計軟件平臺和數(shù)據(jù)庫。負(fù)責(zé)指導(dǎo)數(shù)據(jù)分析方向的博士后和研究生，培養(yǎng)具備大數(shù)據(jù)分析和機器學(xué)習(xí)能力的跨學(xué)科研究人才。

**應(yīng)用研究組負(fù)責(zé)