如何寫科技局課題申報(bào)書一、封面內(nèi)容

項(xiàng)目名稱：面向新型功能材料的多尺度協(xié)同設(shè)計(jì)與性能優(yōu)化研究

申請(qǐng)人姓名及聯(lián)系方式：張明，高級(jí)研究員，zhangming@

所屬單位：國(guó)家先進(jìn)材料研究所先進(jìn)結(jié)構(gòu)與功能材料研究中心

申報(bào)日期：2023年10月26日

項(xiàng)目類別：應(yīng)用基礎(chǔ)研究

二．項(xiàng)目摘要

本項(xiàng)目聚焦于新型功能材料的多尺度協(xié)同設(shè)計(jì)與性能優(yōu)化，旨在通過(guò)構(gòu)建跨尺度理論模型與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證體系，突破傳統(tǒng)材料設(shè)計(jì)方法在復(fù)雜服役環(huán)境下的局限性。研究核心圍繞微觀結(jié)構(gòu)調(diào)控、界面效應(yīng)耦合及宏觀性能提升三個(gè)層面展開(kāi)，重點(diǎn)解決高熵合金、二維材料復(fù)合體系及智能響應(yīng)材料在極端條件下的性能瓶頸問(wèn)題。項(xiàng)目采用第一性原理計(jì)算、分子動(dòng)力學(xué)模擬、原位表征及多場(chǎng)耦合實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，建立多物理場(chǎng)耦合下的材料本構(gòu)關(guān)系，揭示構(gòu)效關(guān)系中的非線性行為。通過(guò)引入機(jī)器學(xué)習(xí)算法優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)性能的協(xié)同提升。預(yù)期成果包括：提出一套基于多尺度模型的材料設(shè)計(jì)理論框架；開(kāi)發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的智能材料設(shè)計(jì)軟件平臺(tái)；研制出在航空航天、能源轉(zhuǎn)化等領(lǐng)域具有突破性性能的新型復(fù)合材料。本項(xiàng)目將推動(dòng)材料科學(xué)從“經(jīng)驗(yàn)驅(qū)動(dòng)”向“理論指導(dǎo)”轉(zhuǎn)型，為解決關(guān)鍵領(lǐng)域材料瓶頸提供系統(tǒng)性解決方案，具有顯著的科學(xué)價(jià)值與產(chǎn)業(yè)應(yīng)用前景。

三.項(xiàng)目背景與研究意義

當(dāng)前，全球科技競(jìng)爭(zhēng)格局正加速向材料科學(xué)領(lǐng)域演進(jìn)，新材料已成為國(guó)家戰(zhàn)略競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵制高點(diǎn)。我國(guó)在航空航天、新能源汽車、生物醫(yī)藥等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)對(duì)高性能功能材料的需求日益迫切，傳統(tǒng)材料設(shè)計(jì)方法已難以滿足復(fù)雜工況下對(duì)材料多功能集成、性能極致化及服役壽命預(yù)測(cè)的嚴(yán)苛要求。然而，現(xiàn)有研究仍面臨三大核心挑戰(zhàn)：一是多尺度關(guān)聯(lián)機(jī)制研究薄弱，微觀結(jié)構(gòu)演變與宏觀性能響應(yīng)間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)缺乏系統(tǒng)性認(rèn)知；二是界面效應(yīng)的調(diào)控手段滯后，異質(zhì)材料復(fù)合體系中界面處的缺陷萌生與應(yīng)力傳遞規(guī)律尚未明確；三是智能化設(shè)計(jì)工具匱乏，現(xiàn)有材料數(shù)據(jù)庫(kù)與設(shè)計(jì)算法難以支撐多目標(biāo)協(xié)同優(yōu)化需求。這些問(wèn)題導(dǎo)致新材料研發(fā)周期長(zhǎng)、成本高、成功率低，嚴(yán)重制約了我國(guó)從材料大國(guó)向材料強(qiáng)國(guó)的轉(zhuǎn)變進(jìn)程。

從學(xué)術(shù)價(jià)值維度分析，本項(xiàng)目構(gòu)建的多尺度協(xié)同設(shè)計(jì)理論框架將突破傳統(tǒng)材料科學(xué)單一尺度研究的局限。通過(guò)整合計(jì)算物理、計(jì)算化學(xué)與計(jì)算力學(xué)等多學(xué)科方法，建立跨越原子、分子、晶粒及宏觀尺度的高保真模擬平臺(tái)，揭示材料在非平衡態(tài)、非均勻場(chǎng)等復(fù)雜條件下的演化規(guī)律。這一研究將豐富材料本構(gòu)理論體系，為解決極端環(huán)境下材料失效機(jī)理提供新視角。特別地，本項(xiàng)目提出的機(jī)器學(xué)習(xí)與物理模型融合方法，將推動(dòng)計(jì)算材料學(xué)進(jìn)入"數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)+模型驅(qū)動(dòng)"并行的智能化設(shè)計(jì)新階段，為復(fù)雜系統(tǒng)多物理場(chǎng)耦合問(wèn)題的研究提供通用解決方案。

從社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益考量，本項(xiàng)目成果將產(chǎn)生三重價(jià)值溢出效應(yīng)。在航空航天領(lǐng)域，通過(guò)優(yōu)化高熵合金的微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可使火箭發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件的耐高溫、抗輻照性能提升30%以上，直接降低發(fā)射成本并增強(qiáng)國(guó)家安全保障能力。在能源轉(zhuǎn)化領(lǐng)域，針對(duì)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的材料設(shè)計(jì)，可突破現(xiàn)有器件效率瓶頸，推動(dòng)我國(guó)在清潔能源技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)彎道超車。在生物醫(yī)藥領(lǐng)域，基于智能響應(yīng)材料的多尺度設(shè)計(jì)，有望研制出具有主動(dòng)靶向、實(shí)時(shí)響應(yīng)功能的藥物遞送系統(tǒng)，顯著提升重大疾病治療水平。據(jù)測(cè)算，項(xiàng)目成果轉(zhuǎn)化后預(yù)計(jì)可帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)年產(chǎn)值增長(zhǎng)超過(guò)200億元，創(chuàng)造直接就業(yè)崗位1.2萬(wàn)個(gè)，并通過(guò)技術(shù)擴(kuò)散帶動(dòng)上下游產(chǎn)業(yè)鏈整體升級(jí)。

本項(xiàng)目的實(shí)施還將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的人才培養(yǎng)效益。通過(guò)建立跨學(xué)科研究團(tuán)隊(duì)，培養(yǎng)一批兼具理論建模、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與智能計(jì)算能力的復(fù)合型材料科學(xué)人才。項(xiàng)目擬設(shè)立博士后工作站，與國(guó)內(nèi)外頂尖高校共建聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，形成產(chǎn)學(xué)研用深度融合的創(chuàng)新生態(tài)。通過(guò)系列學(xué)術(shù)研討會(huì)和開(kāi)設(shè)專題培訓(xùn)班，將研究成果轉(zhuǎn)化為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和人才培養(yǎng)教材，為我國(guó)材料科學(xué)領(lǐng)域儲(chǔ)備戰(zhàn)略人才資源。從學(xué)術(shù)傳承角度看，本項(xiàng)目將完善材料設(shè)計(jì)領(lǐng)域的知識(shí)體系，為后續(xù)研究提供方法論支撐，推動(dòng)我國(guó)在國(guó)際材料科學(xué)領(lǐng)域從跟跑向并跑乃至領(lǐng)跑的轉(zhuǎn)變。

四.國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

在多尺度材料設(shè)計(jì)領(lǐng)域，國(guó)際前沿研究呈現(xiàn)出三個(gè)顯著特征：首先，多尺度模擬方法向更高保真度發(fā)展。美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室通過(guò)耦合密度泛函理論（DFT）與相場(chǎng)法，實(shí)現(xiàn)了從原子尺度到宏觀尺度的無(wú)縫模擬，其開(kāi)發(fā)的MPSS（Multi-PhysicsSimulationSuite）平臺(tái)在極端條件材料研究方面達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。歐洲材料研究學(xué)會(huì)（Euratom）支持的JRC-Ispra項(xiàng)目則聚焦于核聚變堆用材料的多尺度損傷演化模擬，建立了包含微觀缺陷、相界遷移和宏觀蠕變行為的本構(gòu)模型體系。日本材料科學(xué)研究所（IMS）開(kāi)發(fā)的CALPHAD-MCAL方法在熱力學(xué)多尺度耦合方面具有特色，但其動(dòng)力學(xué)描述仍存在局限性。這些研究為理解材料跨尺度行為提供了重要工具，但普遍存在計(jì)算成本高昂、模型參數(shù)獲取困難等問(wèn)題，難以直接應(yīng)用于工業(yè)化設(shè)計(jì)流程。

其次，實(shí)驗(yàn)表征技術(shù)向原位、動(dòng)態(tài)方向發(fā)展。美國(guó)斯坦福大學(xué)通過(guò)發(fā)展同步輻射原位顯微技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)材料在高溫、高壓及輻照條件下的實(shí)時(shí)結(jié)構(gòu)觀測(cè)，其獲取的界面遷移速率數(shù)據(jù)為界面調(diào)控提供了重要參考。德國(guó)馬克斯·普朗克研究所研制的超快電子顯微鏡（TFEM）可捕捉納米尺度結(jié)構(gòu)在皮秒時(shí)間尺度的動(dòng)態(tài)演變過(guò)程，為理解相變機(jī)制提供了新手段。然而，現(xiàn)有原位實(shí)驗(yàn)設(shè)備成本高昂且操作復(fù)雜，難以形成大規(guī)模覆蓋，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與模擬結(jié)果間存在系統(tǒng)性偏差。此外，表征手段在空間分辨率（<10nm）和時(shí)間分辨率（>1ps）上的進(jìn)一步提升仍面臨技術(shù)瓶頸，這嚴(yán)重制約了微觀機(jī)制向宏觀性能的準(zhǔn)確外推。

第三，智能化設(shè)計(jì)方法開(kāi)始嶄露頭角。美國(guó)麻省理工學(xué)院開(kāi)發(fā)的MaterialGen平臺(tái)整合了高通量計(jì)算與機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了材料成分-結(jié)構(gòu)-性能的快速映射，但在復(fù)雜工藝路徑的考慮上存在不足。斯坦福大學(xué)提出的DeepMaterials系統(tǒng)通過(guò)強(qiáng)化學(xué)習(xí)優(yōu)化材料設(shè)計(jì)參數(shù)，在單一性能優(yōu)化方面取得較好效果，但其多目標(biāo)協(xié)同優(yōu)化能力有待提升。國(guó)內(nèi)在智能化設(shè)計(jì)領(lǐng)域起步較晚，但中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)在材料基因組方向取得了一系列進(jìn)展，開(kāi)發(fā)的MolDesign平臺(tái)在藥物分子設(shè)計(jì)領(lǐng)域具有特色，但在材料科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用仍處于探索階段?？傮w而言，智能化設(shè)計(jì)方法在材料領(lǐng)域的應(yīng)用仍處于初級(jí)階段，缺乏系統(tǒng)性的理論框架和可靠的數(shù)據(jù)積累，難以支撐復(fù)雜工況下的實(shí)際需求。

從國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀看，近年來(lái)在多尺度材料設(shè)計(jì)領(lǐng)域已取得重要進(jìn)展。中國(guó)科學(xué)院金屬研究所發(fā)展了基于相場(chǎng)法的高熵合金微觀演化模擬方法，為理解其優(yōu)異性能提供了理論解釋。北京科技大學(xué)在高溫合金蠕變行為的多尺度模擬方面開(kāi)展了系統(tǒng)性研究，建立了考慮微觀缺陷演化的本構(gòu)模型。浙江大學(xué)通過(guò)發(fā)展多尺度有限元方法，研究了二維材料復(fù)合體系的力學(xué)性能，但其對(duì)界面非均勻性描述仍顯粗略。南方科技大學(xué)在納米材料設(shè)計(jì)領(lǐng)域取得了一系列創(chuàng)新成果，開(kāi)發(fā)了基于機(jī)器學(xué)習(xí)的納米結(jié)構(gòu)性能預(yù)測(cè)方法，但在跨尺度關(guān)聯(lián)方面存在不足。盡管國(guó)內(nèi)研究在特定方向上取得突破，但整體上仍存在以下突出問(wèn)題：一是多尺度模擬平臺(tái)功能碎片化，缺乏能夠整合微觀、介觀和宏觀尺度模擬的統(tǒng)一軟件系統(tǒng)；二是實(shí)驗(yàn)與模擬的橋梁構(gòu)建不足，原位實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)向模擬模型的參數(shù)反演方法缺乏系統(tǒng)性研究；三是智能化設(shè)計(jì)工具在材料領(lǐng)域的應(yīng)用深度不夠，難以解決實(shí)際工程問(wèn)題中的多目標(biāo)、強(qiáng)約束優(yōu)化需求。

當(dāng)前研究存在的空白主要體現(xiàn)在四個(gè)方面：其一，多尺度模型間的耦合機(jī)制研究不足。現(xiàn)有研究多采用"自下而上"或"自上而下"的單向建模方式，缺乏能夠?qū)崿F(xiàn)不同尺度模型間雙向信息傳遞的統(tǒng)一框架，導(dǎo)致模擬結(jié)果與實(shí)際工況存在偏差。國(guó)際計(jì)算材料學(xué)領(lǐng)域提出的Continuum-MolecularMulti-Scale（CMMS）方法在模型耦合精度上仍有待提高。其二，界面效應(yīng)的多尺度表征體系缺失。界面作為材料性能的關(guān)鍵調(diào)控區(qū)域，其結(jié)構(gòu)、化學(xué)與力學(xué)行為的跨尺度關(guān)聯(lián)規(guī)律尚未被充分認(rèn)識(shí)。例如，異質(zhì)材料界面處的化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)與力學(xué)行為耦合機(jī)制研究仍處于起步階段。德國(guó)弗勞恩霍夫研究所提出的界面動(dòng)力學(xué)模型在描述界面遷移時(shí)對(duì)熱激活過(guò)程的考慮不夠完善。其三，智能化設(shè)計(jì)方法的理論基礎(chǔ)薄弱?，F(xiàn)有機(jī)器學(xué)習(xí)算法在材料設(shè)計(jì)中的應(yīng)用多基于黑箱優(yōu)化，缺乏對(duì)物理規(guī)律的顯式考慮，導(dǎo)致模型泛化能力不足。美國(guó)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)開(kāi)發(fā)的MatGen方法在考慮工藝路徑約束方面存在缺陷。其四，缺乏系統(tǒng)性的多尺度材料數(shù)據(jù)庫(kù)。現(xiàn)有材料數(shù)據(jù)庫(kù)多集中于單一尺度數(shù)據(jù)，缺乏跨尺度關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的有效整合，難以支撐多尺度協(xié)同設(shè)計(jì)需求。歐洲材料數(shù)據(jù)庫(kù)項(xiàng)目（E-MAD）雖建立了較完善的數(shù)據(jù)管理框架，但在數(shù)據(jù)質(zhì)量與標(biāo)準(zhǔn)化方面仍需改進(jìn)。

綜上所述，當(dāng)前多尺度材料設(shè)計(jì)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀與實(shí)際需求間存在顯著差距。突破這些瓶頸需要多學(xué)科交叉融合的系統(tǒng)性研究，這也為我國(guó)在該領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)戰(zhàn)略突破提供了重要機(jī)遇。本項(xiàng)目擬從理論建模、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與智能化設(shè)計(jì)三個(gè)維度入手，系統(tǒng)解決上述空白問(wèn)題，為我國(guó)從材料大國(guó)向材料強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)提供科技支撐。

五.研究目標(biāo)與內(nèi)容

本項(xiàng)目旨在構(gòu)建面向新型功能材料的多尺度協(xié)同設(shè)計(jì)與性能優(yōu)化理論框架、方法體系和技術(shù)平臺(tái)，突破傳統(tǒng)材料設(shè)計(jì)在復(fù)雜工況下多目標(biāo)性能協(xié)同提升的瓶頸。具體研究目標(biāo)與內(nèi)容如下：

1.研究目標(biāo)

（1）建立多尺度協(xié)同設(shè)計(jì)理論框架：基于量子力學(xué)、統(tǒng)計(jì)力學(xué)、連續(xù)介質(zhì)力學(xué)和計(jì)算神經(jīng)科學(xué)等多學(xué)科理論，構(gòu)建能夠連接原子、分子、晶粒、界面及宏觀尺度的統(tǒng)一理論模型，揭示多尺度因素對(duì)材料性能的耦合調(diào)控機(jī)制。

（2）開(kāi)發(fā)跨尺度模擬方法體系：研制集成第一性原理計(jì)算、分子動(dòng)力學(xué)、相場(chǎng)法、離散元法及機(jī)器學(xué)習(xí)算法的跨尺度模擬平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)微觀結(jié)構(gòu)演化、界面行為演變與宏觀性能響應(yīng)的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)。

（3）構(gòu)建智能化材料設(shè)計(jì)工具：開(kāi)發(fā)基于深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)的材料性能預(yù)測(cè)與優(yōu)化算法，建立包含多目標(biāo)遺傳算法與物理約束的智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)材料成分、微觀結(jié)構(gòu)及工藝參數(shù)的協(xié)同優(yōu)化。

（4）研制典型功能材料原型：以高熵合金、二維材料復(fù)合體系及智能響應(yīng)材料為研究對(duì)象，研制具有突破性性能的新型功能材料，驗(yàn)證所提出理論框架與方法的實(shí)際應(yīng)用效果。

2.研究?jī)?nèi)容

（1）多尺度協(xié)同設(shè)計(jì)理論模型構(gòu)建

研究問(wèn)題：不同尺度物理規(guī)律間的耦合機(jī)制與信息傳遞路徑。

假設(shè)：通過(guò)建立多尺度本構(gòu)關(guān)系，可以實(shí)現(xiàn)微觀結(jié)構(gòu)演變對(duì)宏觀性能的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)。

具體研究?jī)?nèi)容包括：發(fā)展基于非平衡態(tài)熱力學(xué)的多尺度耦合模型，解決相變、損傷、擴(kuò)散等物理過(guò)程在跨尺度傳遞中的不連續(xù)性問(wèn)題；構(gòu)建考慮界面化學(xué)鍵合與機(jī)械作用的界面多尺度模型，揭示界面行為對(duì)材料整體性能的調(diào)控規(guī)律；建立包含微觀缺陷、相界遷移和宏觀塑性變形的統(tǒng)一本構(gòu)模型，實(shí)現(xiàn)材料在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的性能預(yù)測(cè)。通過(guò)理論推導(dǎo)與模型驗(yàn)證，建立不同尺度模型間的參數(shù)傳遞方法，解決多尺度模型間的一致性問(wèn)題。

（2）跨尺度模擬方法體系開(kāi)發(fā)

研究問(wèn)題：如何實(shí)現(xiàn)不同尺度模擬方法的耦合與計(jì)算效率提升。

假設(shè)：通過(guò)發(fā)展混合模擬方法與機(jī)器學(xué)習(xí)加速技術(shù)，可以顯著降低跨尺度模擬的計(jì)算成本。

具體研究?jī)?nèi)容包括：研制集成DFT、MD、相場(chǎng)法與有限元法的混合模擬平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)原子尺度結(jié)構(gòu)演化到宏觀性能的連續(xù)模擬；開(kāi)發(fā)基于機(jī)器學(xué)習(xí)的跨尺度模擬加速算法，通過(guò)構(gòu)建代理模型替代高成本模擬環(huán)節(jié)；發(fā)展多物理場(chǎng)耦合的模擬方法，研究材料在力-熱-電-磁等多場(chǎng)耦合作用下的響應(yīng)機(jī)制；建立模擬結(jié)果驗(yàn)證體系，通過(guò)原位實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)模擬模型進(jìn)行參數(shù)反演與修正。

（3）智能化材料設(shè)計(jì)工具開(kāi)發(fā)

研究問(wèn)題：如何實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)、強(qiáng)約束條件下的材料性能智能優(yōu)化。

假設(shè)：基于深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)的智能設(shè)計(jì)算法能夠有效解決復(fù)雜條件下的材料多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題。

具體研究?jī)?nèi)容包括：開(kāi)發(fā)基于深度生成模型的材料成分與微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)材料數(shù)據(jù)庫(kù)的智能擴(kuò)展；建立考慮工藝路徑約束的強(qiáng)化學(xué)習(xí)優(yōu)化算法，實(shí)現(xiàn)材料設(shè)計(jì)參數(shù)的多目標(biāo)協(xié)同優(yōu)化；發(fā)展基于物理知識(shí)的智能設(shè)計(jì)工具，通過(guò)引入本征物理規(guī)律提升模型的泛化能力；研制智能化材料設(shè)計(jì)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)從理論設(shè)計(jì)到實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的全流程自動(dòng)化。

（4）典型功能材料原型研制

研究問(wèn)題：如何將多尺度協(xié)同設(shè)計(jì)方法應(yīng)用于實(shí)際材料設(shè)計(jì)。

假設(shè)：通過(guò)理論指導(dǎo)與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的迭代優(yōu)化，可以研制出具有突破性性能的新型功能材料。

具體研究?jī)?nèi)容包括：高熵合金：基于多尺度模型優(yōu)化其微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提升高溫強(qiáng)度、抗輻照性能與抗氧化性能；二維材料復(fù)合體系：設(shè)計(jì)具有梯度界面的二維材料復(fù)合結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)力學(xué)性能、導(dǎo)電性能與光學(xué)性能的協(xié)同提升；智能響應(yīng)材料：開(kāi)發(fā)具有自修復(fù)、形狀記憶等功能的智能響應(yīng)材料，研究其構(gòu)效關(guān)系與服役行為。通過(guò)制備與表征實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證理論預(yù)測(cè)結(jié)果，形成完整的"設(shè)計(jì)-制備-測(cè)試-優(yōu)化"技術(shù)閉環(huán)。

本項(xiàng)目通過(guò)上述研究?jī)?nèi)容系統(tǒng)解決多尺度材料設(shè)計(jì)領(lǐng)域的核心科學(xué)問(wèn)題與關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，為我國(guó)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)對(duì)高性能功能材料的需求提供理論指導(dǎo)與技術(shù)支撐。

六.研究方法與技術(shù)路線

1.研究方法

本項(xiàng)目將采用理論建模、計(jì)算模擬與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的研究方法，具體包括：

（1）理論建模方法

采用非平衡態(tài)熱力學(xué)、相場(chǎng)理論、連續(xù)介質(zhì)力學(xué)和計(jì)算神經(jīng)科學(xué)等多學(xué)科交叉理論，構(gòu)建多尺度協(xié)同設(shè)計(jì)理論框架。重點(diǎn)發(fā)展包含微觀結(jié)構(gòu)演變、界面行為演變與宏觀性能響應(yīng)的統(tǒng)一本構(gòu)模型，建立不同尺度模型間的參數(shù)傳遞方法。通過(guò)理論推導(dǎo)與模型推導(dǎo)，揭示多尺度因素對(duì)材料性能的耦合調(diào)控機(jī)制。針對(duì)界面效應(yīng)，將發(fā)展考慮界面化學(xué)鍵合與機(jī)械作用的界面多尺度模型，揭示界面行為對(duì)材料整體性能的調(diào)控規(guī)律。

（2）計(jì)算模擬方法

采用第一性原理計(jì)算（DFT）、分子動(dòng)力學(xué)（MD）、相場(chǎng)法（PF）、離散元法（DEM）及機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）等多種計(jì)算模擬方法，研制集成跨尺度模擬平臺(tái)。通過(guò)DFT研究原子尺度結(jié)構(gòu)與電子性質(zhì)的關(guān)系；通過(guò)MD模擬材料在非平衡態(tài)、非均勻場(chǎng)條件下的微觀結(jié)構(gòu)演變；通過(guò)PF模擬多晶材料中的相場(chǎng)演化與界面行為；通過(guò)DEM模擬顆粒材料在復(fù)雜工況下的力學(xué)行為；通過(guò)ML開(kāi)發(fā)材料性能預(yù)測(cè)與優(yōu)化算法。重點(diǎn)發(fā)展混合模擬方法與機(jī)器學(xué)習(xí)加速技術(shù)，實(shí)現(xiàn)不同尺度模擬方法的耦合與計(jì)算效率提升。

（3）實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方法

通過(guò)高分辨率透射電子顯微鏡（HRTEM）、掃描電子顯微鏡（SEM）、X射線衍射（XRD）、原位拉伸實(shí)驗(yàn)、高溫拉伸實(shí)驗(yàn)、循環(huán)加載實(shí)驗(yàn)等手段，對(duì)材料進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)表征與力學(xué)性能測(cè)試。重點(diǎn)發(fā)展同步輻射原位顯微技術(shù)、超快電子顯微鏡（TFEM）等先進(jìn)表征技術(shù)，實(shí)現(xiàn)材料在非平衡態(tài)、非均勻場(chǎng)條件下的實(shí)時(shí)結(jié)構(gòu)觀測(cè)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)模擬模型進(jìn)行參數(shù)反演與修正，驗(yàn)證理論預(yù)測(cè)結(jié)果。

（4）數(shù)據(jù)收集與分析方法

建立包含材料成分、微觀結(jié)構(gòu)、工藝參數(shù)、力學(xué)性能、服役行為等多維度數(shù)據(jù)的材料數(shù)據(jù)庫(kù)。采用統(tǒng)計(jì)分析、機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，挖掘材料構(gòu)效關(guān)系。重點(diǎn)發(fā)展基于物理知識(shí)的智能設(shè)計(jì)算法，提升模型的泛化能力。通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘與模型優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)材料性能的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)與智能設(shè)計(jì)。

2.技術(shù)路線

本項(xiàng)目將按照以下技術(shù)路線展開(kāi)研究：

（1）理論研究與模型構(gòu)建階段（第1-12個(gè)月）

通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研與理論推導(dǎo)，構(gòu)建多尺度協(xié)同設(shè)計(jì)理論框架。重點(diǎn)發(fā)展包含微觀結(jié)構(gòu)演變、界面行為演變與宏觀性能響應(yīng)的統(tǒng)一本構(gòu)模型。通過(guò)理論推導(dǎo)與模型推導(dǎo)，揭示多尺度因素對(duì)材料性能的耦合調(diào)控機(jī)制。針對(duì)界面效應(yīng)，將發(fā)展考慮界面化學(xué)鍵合與機(jī)械作用的界面多尺度模型，揭示界面行為對(duì)材料整體性能的調(diào)控規(guī)律。

（2）計(jì)算模擬平臺(tái)開(kāi)發(fā)階段（第6-24個(gè)月）

研制集成DFT、MD、PF、DEM及ML等多種計(jì)算模擬方法的跨尺度模擬平臺(tái)。通過(guò)DFT研究原子尺度結(jié)構(gòu)與電子性質(zhì)的關(guān)系；通過(guò)MD模擬材料在非平衡態(tài)、非均勻場(chǎng)條件下的微觀結(jié)構(gòu)演變；通過(guò)PF模擬多晶材料中的相場(chǎng)演化與界面行為；通過(guò)DEM模擬顆粒材料在復(fù)雜工況下的力學(xué)行為；通過(guò)ML開(kāi)發(fā)材料性能預(yù)測(cè)與優(yōu)化算法。重點(diǎn)發(fā)展混合模擬方法與機(jī)器學(xué)習(xí)加速技術(shù)，實(shí)現(xiàn)不同尺度模擬方法的耦合與計(jì)算效率提升。

（3）智能化設(shè)計(jì)工具開(kāi)發(fā)階段（第18-36個(gè)月）

開(kāi)發(fā)基于深度生成模型的材料成分與微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)材料數(shù)據(jù)庫(kù)的智能擴(kuò)展。建立考慮工藝路徑約束的強(qiáng)化學(xué)習(xí)優(yōu)化算法，實(shí)現(xiàn)材料設(shè)計(jì)參數(shù)的多目標(biāo)協(xié)同優(yōu)化。發(fā)展基于物理知識(shí)的智能設(shè)計(jì)工具，通過(guò)引入本征物理規(guī)律提升模型的泛化能力。研制智能化材料設(shè)計(jì)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)從理論設(shè)計(jì)到實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的全流程自動(dòng)化。

（4）典型功能材料研制與驗(yàn)證階段（第30-48個(gè)月）

以高熵合金、二維材料復(fù)合體系及智能響應(yīng)材料為研究對(duì)象，基于多尺度模型優(yōu)化其微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提升其高溫強(qiáng)度、抗輻照性能、抗氧化性能、力學(xué)性能、導(dǎo)電性能、光學(xué)性能等。通過(guò)制備與表征實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證理論預(yù)測(cè)結(jié)果，形成完整的"設(shè)計(jì)-制備-測(cè)試-優(yōu)化"技術(shù)閉環(huán)。重點(diǎn)研制具有突破性性能的新型功能材料，驗(yàn)證所提出理論框架與方法的實(shí)際應(yīng)用效果。

（5）成果總結(jié)與推廣階段（第42-48個(gè)月）

對(duì)項(xiàng)目研究成果進(jìn)行系統(tǒng)總結(jié)，發(fā)表高水平學(xué)術(shù)論文，申請(qǐng)發(fā)明專利，形成技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并進(jìn)行成果轉(zhuǎn)化與推廣。通過(guò)舉辦學(xué)術(shù)研討會(huì)、開(kāi)展技術(shù)培訓(xùn)等方式，推動(dòng)研究成果在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用。同時(shí)，總結(jié)項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，為后續(xù)研究提供參考。

七．創(chuàng)新點(diǎn)

本項(xiàng)目在理論、方法與應(yīng)用三個(gè)層面均具有顯著創(chuàng)新性，具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1.理論創(chuàng)新：構(gòu)建多尺度協(xié)同設(shè)計(jì)的統(tǒng)一理論框架

現(xiàn)有研究多采用單一尺度或簡(jiǎn)化耦合模型，難以準(zhǔn)確描述復(fù)雜工況下多尺度因素的相互作用。本項(xiàng)目提出的創(chuàng)新點(diǎn)在于構(gòu)建首個(gè)能夠系統(tǒng)描述原子、分子、晶粒、界面及宏觀尺度之間雙向信息傳遞的統(tǒng)一理論框架。具體創(chuàng)新點(diǎn)包括：

（1）發(fā)展非平衡態(tài)多尺度熱力學(xué)理論，首次將非平衡態(tài)漲落耗散理論引入多尺度耦合模型，解決傳統(tǒng)平衡態(tài)理論在描述快速動(dòng)態(tài)過(guò)程時(shí)的適用性問(wèn)題。該理論能夠定量描述微觀結(jié)構(gòu)演變對(duì)宏觀性能的遠(yuǎn)場(chǎng)效應(yīng)，以及宏觀載荷對(duì)微觀結(jié)構(gòu)的局域響應(yīng)，為理解復(fù)雜工況下的材料行為提供了新的理論視角。

（2）建立考慮界面化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)與機(jī)械作用的耦合模型，突破傳統(tǒng)界面模型僅關(guān)注機(jī)械行為的局限。該模型能夠描述界面處化學(xué)鍵斷裂、新相生成等化學(xué)反應(yīng)與晶格滑移、相界遷移等機(jī)械過(guò)程的協(xié)同演化，為界面調(diào)控提供了新的理論依據(jù)。

（3）提出基于信息論的跨尺度模型不確定性傳遞理論，首次定量描述不同尺度模型間的參數(shù)傳遞誤差累積機(jī)制。該理論能夠預(yù)測(cè)多尺度模擬結(jié)果的可靠性，并為優(yōu)化模型精度提供指導(dǎo)，為解決"自下而上"與"自上而下"模擬方法結(jié)果不一致的問(wèn)題提供了新的理論工具。

2.方法創(chuàng)新：開(kāi)發(fā)跨尺度模擬與智能化設(shè)計(jì)的集成方法體系

現(xiàn)有研究在模擬方法上存在功能碎片化、計(jì)算成本高、與實(shí)驗(yàn)結(jié)合不足等問(wèn)題。本項(xiàng)目在方法上的創(chuàng)新點(diǎn)主要體現(xiàn)在：

（1）研制混合模擬方法，首次實(shí)現(xiàn)DFT、MD、PF、DEM及機(jī)器學(xué)習(xí)等多種模擬方法的無(wú)縫耦合。通過(guò)發(fā)展自適應(yīng)網(wǎng)格加密技術(shù)、多尺度能量傳遞算法等，顯著降低跨尺度模擬的計(jì)算成本，將計(jì)算精度提升至納米級(jí)與皮秒級(jí)，為復(fù)雜工況下的材料模擬提供了高效實(shí)用的工具。

（2）開(kāi)發(fā)基于物理知識(shí)的機(jī)器學(xué)習(xí)算法，突破傳統(tǒng)機(jī)器學(xué)習(xí)模型缺乏可解釋性的局限。通過(guò)引入本征物理規(guī)律作為約束條件，發(fā)展物理約束生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)（Physics-GAN）等新型機(jī)器學(xué)習(xí)模型，顯著提升模型的泛化能力與預(yù)測(cè)精度，為智能化材料設(shè)計(jì)提供了可靠工具。

（3）建立模擬-實(shí)驗(yàn)-數(shù)據(jù)反饋的閉環(huán)優(yōu)化方法，首次實(shí)現(xiàn)多尺度模擬、原位實(shí)驗(yàn)與數(shù)據(jù)挖掘的深度融合。通過(guò)發(fā)展基于貝葉斯優(yōu)化的參數(shù)反演算法、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的模型修正方法等，實(shí)現(xiàn)模擬模型與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的相互校準(zhǔn)與協(xié)同提升，為解決模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果不一致的問(wèn)題提供了新的技術(shù)路徑。

3.應(yīng)用創(chuàng)新：研制典型功能材料原型并推動(dòng)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用

本項(xiàng)目在應(yīng)用層面的創(chuàng)新點(diǎn)主要體現(xiàn)在：

（1）研制具有突破性性能的新型功能材料。針對(duì)我國(guó)在航空航天、能源轉(zhuǎn)化、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域的重大需求，重點(diǎn)研制具有超高高溫強(qiáng)度、優(yōu)異抗輻照性能、優(yōu)異抗氧化性能的高熵合金；具有梯度界面、多尺度結(jié)構(gòu)的二維材料復(fù)合體系；具有自修復(fù)、形狀記憶等功能的智能響應(yīng)材料。這些材料的性能將顯著優(yōu)于現(xiàn)有商用材料，具有廣闊的應(yīng)用前景。

（2）建立基于多尺度協(xié)同設(shè)計(jì)的材料快速研發(fā)平臺(tái)。通過(guò)集成理論模型、計(jì)算模擬與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證工具，建立材料快速研發(fā)平臺(tái)，將材料研發(fā)周期縮短50%以上，研發(fā)成本降低30%以上，為我國(guó)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)對(duì)高性能功能材料的需求提供快速響應(yīng)能力。

（3）推動(dòng)多尺度協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。通過(guò)與企業(yè)合作，將本項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的軟件平臺(tái)、設(shè)計(jì)方法與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化推廣，形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的材料設(shè)計(jì)技術(shù)體系，提升我國(guó)在全球材料產(chǎn)業(yè)鏈中的競(jìng)爭(zhēng)力。同時(shí)，通過(guò)人才培養(yǎng)與技術(shù)培訓(xùn)，培養(yǎng)一批掌握多尺度協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)的復(fù)合型人才，為我國(guó)材料產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)提供人才支撐。

本項(xiàng)目的創(chuàng)新點(diǎn)在于首次實(shí)現(xiàn)了多尺度協(xié)同設(shè)計(jì)在理論、方法與應(yīng)用層面的系統(tǒng)性突破，為解決復(fù)雜工況下材料性能瓶頸提供了全新的解決方案，具有顯著的科學(xué)價(jià)值與產(chǎn)業(yè)應(yīng)用前景。

八．預(yù)期成果

本項(xiàng)目預(yù)期在理論、方法、技術(shù)、人才和產(chǎn)業(yè)等方面取得系統(tǒng)性成果，具體包括：

1.理論貢獻(xiàn)

（1）建立多尺度協(xié)同設(shè)計(jì)理論框架：預(yù)期提出一套包含非平衡態(tài)多尺度熱力學(xué)、界面耦合動(dòng)力學(xué)和信息論不確定性傳遞的統(tǒng)一理論框架，為理解復(fù)雜工況下多尺度因素對(duì)材料性能的耦合調(diào)控機(jī)制提供理論指導(dǎo)。該框架將超越現(xiàn)有單一尺度或簡(jiǎn)化耦合模型的局限，為材料科學(xué)從"經(jīng)驗(yàn)驅(qū)動(dòng)"向"理論指導(dǎo)"轉(zhuǎn)型奠定理論基礎(chǔ)。

（2）發(fā)展跨尺度本構(gòu)關(guān)系：預(yù)期建立一套包含原子、分子、晶粒、界面及宏觀尺度的本構(gòu)關(guān)系，描述材料在非平衡態(tài)、非均勻場(chǎng)條件下的演化規(guī)律。該本構(gòu)關(guān)系將能夠定量描述微觀結(jié)構(gòu)演變對(duì)宏觀性能的遠(yuǎn)場(chǎng)效應(yīng)，以及宏觀載荷對(duì)微觀結(jié)構(gòu)的局域響應(yīng)，為材料性能預(yù)測(cè)與設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。

（3）揭示界面行為調(diào)控機(jī)制：預(yù)期揭示界面化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)與機(jī)械作用的耦合機(jī)制，以及界面行為對(duì)材料整體性能的調(diào)控規(guī)律。預(yù)期發(fā)表系列高水平學(xué)術(shù)論文，在國(guó)際頂級(jí)期刊發(fā)表研究論文10篇以上，申請(qǐng)發(fā)明專利5項(xiàng)以上，形成一套系統(tǒng)的理論成果體系。

2.方法創(chuàng)新

（1）開(kāi)發(fā)跨尺度模擬方法體系：預(yù)期研制集成DFT、MD、PF、DEM及機(jī)器學(xué)習(xí)等多種模擬方法的跨尺度模擬平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)不同尺度模擬方法的耦合與計(jì)算效率提升。預(yù)期將計(jì)算精度提升至納米級(jí)與皮秒級(jí)，顯著降低跨尺度模擬的計(jì)算成本，為復(fù)雜工況下的材料模擬提供高效實(shí)用的工具。

（2）發(fā)展智能化設(shè)計(jì)算法：預(yù)期開(kāi)發(fā)基于物理知識(shí)的機(jī)器學(xué)習(xí)算法，顯著提升模型的泛化能力與預(yù)測(cè)精度。預(yù)期將材料性能預(yù)測(cè)誤差降低40%以上，為智能化材料設(shè)計(jì)提供可靠工具。預(yù)期開(kāi)發(fā)一套包含多目標(biāo)遺傳算法與物理約束的智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)材料成分、微觀結(jié)構(gòu)及工藝參數(shù)的協(xié)同優(yōu)化。

（3）建立模擬-實(shí)驗(yàn)-數(shù)據(jù)反饋方法：預(yù)期建立模擬-實(shí)驗(yàn)-數(shù)據(jù)反饋的閉環(huán)優(yōu)化方法，實(shí)現(xiàn)多尺度模擬、原位實(shí)驗(yàn)與數(shù)據(jù)挖掘的深度融合。預(yù)期發(fā)表系列高水平學(xué)術(shù)論文，在國(guó)際頂級(jí)期刊發(fā)表研究論文10篇以上，申請(qǐng)發(fā)明專利5項(xiàng)以上，形成一套系統(tǒng)的方法成果體系。

3.技術(shù)成果

（1）研制典型功能材料原型：預(yù)期研制出具有突破性性能的新型功能材料，包括高熵合金、二維材料復(fù)合體系及智能響應(yīng)材料。預(yù)期將高熵合金的高溫強(qiáng)度提升30%以上，抗輻照性能提升20%以上，抗氧化性能提升40%以上；預(yù)期將二維材料復(fù)合體系的力學(xué)性能提升50%以上，導(dǎo)電性能提升30%以上，光學(xué)性能顯著改善；預(yù)期將智能響應(yīng)材料的自修復(fù)效率提升60%以上，形狀記憶效應(yīng)提升50%以上。

（2）開(kāi)發(fā)智能化材料設(shè)計(jì)系統(tǒng)：預(yù)期開(kāi)發(fā)一套包含理論模型、計(jì)算模擬與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證工具的智能化材料設(shè)計(jì)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)材料性能的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)與智能設(shè)計(jì)。預(yù)期將材料研發(fā)周期縮短50%以上，研發(fā)成本降低30%以上，為我國(guó)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)對(duì)高性能功能材料的需求提供快速響應(yīng)能力。

（3）形成技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與知識(shí)產(chǎn)權(quán)：預(yù)期形成一套多尺度協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)多尺度協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。預(yù)期申請(qǐng)發(fā)明專利10項(xiàng)以上，軟件著作權(quán)2項(xiàng)以上，形成一套系統(tǒng)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)成果體系。

4.人才成果

（1）培養(yǎng)復(fù)合型人才：預(yù)期培養(yǎng)一批掌握多尺度協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)的復(fù)合型人才，包括理論研究人員、計(jì)算模擬人員、實(shí)驗(yàn)研究人員和智能化設(shè)計(jì)人員。預(yù)期培養(yǎng)博士后3名，博士研究生6名，碩士研究生12名，形成一支高水平的研究團(tuán)隊(duì)。

（2）加強(qiáng)學(xué)術(shù)交流與合作：預(yù)期與國(guó)內(nèi)外頂尖高校和科研機(jī)構(gòu)建立合作關(guān)系，舉辦國(guó)際學(xué)術(shù)研討會(huì)，開(kāi)展聯(lián)合研究項(xiàng)目，提升我國(guó)在多尺度材料設(shè)計(jì)領(lǐng)域的國(guó)際影響力。

（3）建立人才培養(yǎng)基地：預(yù)期建立多尺度材料設(shè)計(jì)人才培養(yǎng)基地，為我國(guó)材料產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)提供人才支撐。預(yù)期通過(guò)人才培養(yǎng)和技術(shù)培訓(xùn)，培養(yǎng)一批掌握多尺度協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)的復(fù)合型人才，為我國(guó)材料產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)提供人才支撐。

5.產(chǎn)業(yè)應(yīng)用價(jià)值

（1）推動(dòng)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用：預(yù)期將本項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的軟件平臺(tái)、設(shè)計(jì)方法與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化推廣，形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的材料設(shè)計(jì)技術(shù)體系，提升我國(guó)在全球材料產(chǎn)業(yè)鏈中的競(jìng)爭(zhēng)力。

（2）形成產(chǎn)業(yè)集群：預(yù)期通過(guò)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，形成材料設(shè)計(jì)、制備、測(cè)試、應(yīng)用等環(huán)節(jié)的產(chǎn)業(yè)集群，推動(dòng)我國(guó)材料產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。

（3）創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益：預(yù)期通過(guò)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，創(chuàng)造直接經(jīng)濟(jì)效益超過(guò)10億元，帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)年產(chǎn)值增長(zhǎng)超過(guò)50億元，為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

本項(xiàng)目預(yù)期成果將為我國(guó)從材料大國(guó)向材料強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)提供科技支撐，具有顯著的科學(xué)價(jià)值與產(chǎn)業(yè)應(yīng)用前景。

九.項(xiàng)目實(shí)施計(jì)劃

1.項(xiàng)目時(shí)間規(guī)劃

本項(xiàng)目計(jì)劃執(zhí)行周期為48個(gè)月，分為六個(gè)階段展開(kāi)，具體安排如下：

第一階段：理論研究與模型構(gòu)建（第1-6個(gè)月）

任務(wù)分配：由理論團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)非平衡態(tài)多尺度熱力學(xué)、跨尺度本構(gòu)關(guān)系和界面耦合動(dòng)力學(xué)等理論模型的構(gòu)建，完成文獻(xiàn)調(diào)研、理論推導(dǎo)和初步模型驗(yàn)證。由計(jì)算團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)開(kāi)發(fā)混合模擬方法、物理約束機(jī)器學(xué)習(xí)算法和模擬-實(shí)驗(yàn)-數(shù)據(jù)反饋方法，完成跨尺度模擬平臺(tái)和智能化設(shè)計(jì)工具的初步開(kāi)發(fā)。

進(jìn)度安排：第1-2個(gè)月完成文獻(xiàn)調(diào)研和理論框架設(shè)計(jì)；第3-4個(gè)月完成非平衡態(tài)多尺度熱力學(xué)模型的構(gòu)建和初步驗(yàn)證；第5-6個(gè)月完成跨尺度本構(gòu)關(guān)系和界面耦合動(dòng)力學(xué)模型的構(gòu)建和初步驗(yàn)證；第7個(gè)月完成混合模擬方法和物理約束機(jī)器學(xué)習(xí)算法的開(kāi)發(fā)；第8個(gè)月完成模擬-實(shí)驗(yàn)-數(shù)據(jù)反饋方法的開(kāi)發(fā)。

第二階段：計(jì)算模擬平臺(tái)開(kāi)發(fā)（第7-18個(gè)月）

任務(wù)分配：由計(jì)算團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)跨尺度模擬平臺(tái)和智能化設(shè)計(jì)工具的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和完善，完成平臺(tái)功能測(cè)試和性能評(píng)估。由理論團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)理論模型的進(jìn)一步細(xì)化和完善，完成理論模型的系統(tǒng)化整理和撰寫。

進(jìn)度安排：第7-12個(gè)月完成跨尺度模擬平臺(tái)的開(kāi)發(fā)和完善，包括DFT、MD、PF、DEM及機(jī)器學(xué)習(xí)等多種模擬方法的集成和耦合；第13-18個(gè)月完成智能化設(shè)計(jì)工具的開(kāi)發(fā)和完善，包括基于物理知識(shí)的機(jī)器學(xué)習(xí)算法、多目標(biāo)遺傳算法和物理約束的智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)；第19個(gè)月完成平臺(tái)功能測(cè)試和性能評(píng)估；第20個(gè)月完成理論模型的進(jìn)一步細(xì)化和完善；第21個(gè)月完成理論模型的系統(tǒng)化整理和撰寫。

第三階段：實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與數(shù)據(jù)收集（第13-24個(gè)月）

任務(wù)分配：由實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)典型功能材料的制備和表征，收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。由計(jì)算團(tuán)隊(duì)和理論團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)模擬-實(shí)驗(yàn)-數(shù)據(jù)反饋方法的驗(yàn)證和應(yīng)用，完成模擬模型與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的相互校準(zhǔn)和協(xié)同提升。

進(jìn)度安排：第13-18個(gè)月完成典型功能材料的制備和表征，收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；第19-24個(gè)月完成模擬-實(shí)驗(yàn)-數(shù)據(jù)反饋方法的驗(yàn)證和應(yīng)用，包括基于貝葉斯優(yōu)化的參數(shù)反演算法和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的模型修正方法的應(yīng)用；第25個(gè)月完成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和模擬結(jié)果的系統(tǒng)化整理和分析。

第四階段：智能化設(shè)計(jì)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)（第25-36個(gè)月）

任務(wù)分配：由計(jì)算團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)智能化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和完善，完成系統(tǒng)功能測(cè)試和性能評(píng)估。由理論團(tuán)隊(duì)和實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)典型功能材料的進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)，完成材料的快速研發(fā)和原型研制。

進(jìn)度安排：第25-30個(gè)月完成智能化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和完善，包括基于物理知識(shí)的機(jī)器學(xué)習(xí)算法的優(yōu)化、多目標(biāo)遺傳算法的優(yōu)化和物理約束的智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)的優(yōu)化；第31-36個(gè)月完成系統(tǒng)功能測(cè)試和性能評(píng)估；第37個(gè)月完成典型功能材料的進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)；第38個(gè)月完成材料的快速研發(fā)和原型研制。

第五階段：成果總結(jié)與推廣（第37-42個(gè)月）

任務(wù)分配：由理論團(tuán)隊(duì)、計(jì)算團(tuán)隊(duì)和實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)項(xiàng)目成果的總結(jié)和整理，撰寫學(xué)術(shù)論文和專利申請(qǐng)。由技術(shù)轉(zhuǎn)移團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)技術(shù)成果的產(chǎn)業(yè)化推廣和應(yīng)用。

進(jìn)度安排：第37-40個(gè)月完成項(xiàng)目成果的總結(jié)和整理，撰寫學(xué)術(shù)論文和專利申請(qǐng)；第41個(gè)月完成學(xué)術(shù)論文的投稿和發(fā)表；第42個(gè)月完成專利申請(qǐng)的提交。

第六階段：項(xiàng)目驗(yàn)收與評(píng)估（第43-48個(gè)月）

任務(wù)分配：由項(xiàng)目管理團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)項(xiàng)目驗(yàn)收和評(píng)估，包括項(xiàng)目成果的驗(yàn)收、項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)的決算和項(xiàng)目效果的評(píng)估。由人才培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人才培養(yǎng)的總結(jié)和評(píng)估。

進(jìn)度安排：第43個(gè)月完成項(xiàng)目成果的驗(yàn)收；第44個(gè)月完成項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)的決算；第45個(gè)月完成項(xiàng)目效果的評(píng)估；第46個(gè)月完成人才培養(yǎng)的總結(jié)和評(píng)估；第47個(gè)月完成項(xiàng)目驗(yàn)收?qǐng)?bào)告的撰寫；第48個(gè)月完成項(xiàng)目結(jié)題。

2.風(fēng)險(xiǎn)管理策略

（1）理論風(fēng)險(xiǎn)：理論模型構(gòu)建可能存在不確定性。應(yīng)對(duì)策略：建立理論模型的驗(yàn)證和評(píng)估機(jī)制，通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和模擬結(jié)果對(duì)理論模型進(jìn)行驗(yàn)證和評(píng)估，及時(shí)修正和完善理論模型。

（2）計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)：計(jì)算模擬可能存在計(jì)算成本高、計(jì)算精度不足等問(wèn)題。應(yīng)對(duì)策略：開(kāi)發(fā)混合模擬方法和機(jī)器學(xué)習(xí)加速技術(shù)，降低計(jì)算成本；采用高精度計(jì)算方法和算法，提高計(jì)算精度。

（3）實(shí)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)：實(shí)驗(yàn)結(jié)果可能存在不確定性和誤差。應(yīng)對(duì)策略：建立實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的驗(yàn)證和評(píng)估機(jī)制，通過(guò)重復(fù)實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證和評(píng)估，及時(shí)修正和完善實(shí)驗(yàn)方案。

（4）技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)：技術(shù)成果的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用可能存在技術(shù)壁壘和市場(chǎng)需求不匹配等問(wèn)題。應(yīng)對(duì)策略：與技術(shù)轉(zhuǎn)移團(tuán)隊(duì)和產(chǎn)業(yè)界密切合作，及時(shí)了解市場(chǎng)需求和技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，調(diào)整技術(shù)成果的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用方案。

（5）人才風(fēng)險(xiǎn)：項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)成員可能存在流動(dòng)和人才不足等問(wèn)題。應(yīng)對(duì)策略：建立人才培養(yǎng)機(jī)制和激勵(lì)機(jī)制，吸引和留住優(yōu)秀人才；加強(qiáng)團(tuán)隊(duì)建設(shè)，提升團(tuán)隊(duì)凝聚力和戰(zhàn)斗力。

本項(xiàng)目實(shí)施計(jì)劃將嚴(yán)格按照時(shí)間規(guī)劃執(zhí)行，通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)管理策略的有效實(shí)施，確保項(xiàng)目按計(jì)劃完成，取得預(yù)期成果。

十.項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)

本項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)由來(lái)自國(guó)內(nèi)頂尖高校和科研機(jī)構(gòu)的多學(xué)科高水平研究人員組成，團(tuán)隊(duì)成員在材料科學(xué)、理論物理、計(jì)算科學(xué)、力學(xué)和工程等領(lǐng)域具有豐富的研究經(jīng)驗(yàn)和深厚的學(xué)術(shù)造詣。團(tuán)隊(duì)成員專業(yè)背景涵蓋理論建模、計(jì)算模擬、實(shí)驗(yàn)表征、智能化設(shè)計(jì)和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用等多個(gè)方面，能夠?yàn)轫?xiàng)目的順利實(shí)施提供全方位的技術(shù)支持。團(tuán)隊(duì)核心成員均具有博士學(xué)位，在國(guó)內(nèi)外知名學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表過(guò)一系列高水平學(xué)術(shù)論文，并擁有豐富的科研項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)。團(tuán)隊(duì)成員之間具有長(zhǎng)期的合作關(guān)系，在多個(gè)科研項(xiàng)目中取得了顯著的成果，具有高度的合作精神和執(zhí)行力。

1.團(tuán)隊(duì)成員的專業(yè)背景和研究經(jīng)驗(yàn)

（1）項(xiàng)目負(fù)責(zé)人：張教授，材料科學(xué)領(lǐng)域資深專家，長(zhǎng)期從事材料設(shè)計(jì)領(lǐng)域的理論研究和技術(shù)開(kāi)發(fā)工作。在非平衡態(tài)熱力學(xué)、多尺度本構(gòu)關(guān)系和界面耦合動(dòng)力學(xué)等方面具有深厚的學(xué)術(shù)造詣，主持過(guò)多項(xiàng)國(guó)家級(jí)科研項(xiàng)目，在國(guó)內(nèi)外頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表過(guò)一系列高水平學(xué)術(shù)論文，擁有多項(xiàng)發(fā)明專利。

（2）理論團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人：李研究員，理論物理領(lǐng)域知名學(xué)者，在統(tǒng)計(jì)力學(xué)、量子力學(xué)和計(jì)算物理等方面具有豐富的理論研究經(jīng)驗(yàn)。長(zhǎng)期從事多尺度材料設(shè)計(jì)理論研究，主持過(guò)多項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目，在國(guó)內(nèi)外頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表過(guò)一系列高水平學(xué)術(shù)論文，擁有多項(xiàng)發(fā)明專利。

（3）計(jì)算團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人：王博士，計(jì)算科學(xué)領(lǐng)域青年專家，在計(jì)算材料學(xué)、機(jī)器學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)挖掘等方面具有豐富的科研經(jīng)驗(yàn)。長(zhǎng)期從事跨尺度模擬方法和智能化設(shè)計(jì)算法的研究，參與過(guò)多項(xiàng)國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目，在國(guó)內(nèi)外頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表過(guò)一系列高水平學(xué)術(shù)論文，擁有多項(xiàng)軟件著作權(quán)。

（4）實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人：趙教授，材料表征領(lǐng)域資深專家，長(zhǎng)期從事材料實(shí)驗(yàn)表征和結(jié)構(gòu)調(diào)控工作。在同步輻射原位顯微技術(shù)、超快電子顯微鏡和力學(xué)性能測(cè)試等方面具有豐富的實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，主持過(guò)多項(xiàng)國(guó)家科技重大專項(xiàng)項(xiàng)目，在國(guó)內(nèi)外頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表過(guò)一系列高水平學(xué)術(shù)論文，擁有多項(xiàng)發(fā)明專利。

（5）智能化設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人：劉博士，領(lǐng)域青年專家，在機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)和強(qiáng)化學(xué)習(xí)等方面具有豐富的科研經(jīng)驗(yàn)。長(zhǎng)期從事智能化材料設(shè)計(jì)算法的研究，參與過(guò)多項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目，在國(guó)內(nèi)外頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表過(guò)一系列高水平學(xué)術(shù)論文，擁有多項(xiàng)軟件著作權(quán)。

（6）產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人：孫教授，材料工程領(lǐng)域資深專家，長(zhǎng)期從事材料工程和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用工作。在材料制備、工藝優(yōu)化和應(yīng)用推廣等方面具有豐富的經(jīng)驗(yàn)，主持過(guò)多項(xiàng)國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目，在國(guó)內(nèi)外頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表過(guò)一系列高水平學(xué)術(shù)論文，擁有多項(xiàng)發(fā)明專利。

2.團(tuán)隊(duì)成員的角色分配與合作模式

（1）項(xiàng)目負(fù)責(zé)人：負(fù)責(zé)項(xiàng)目的整體規(guī)劃、和協(xié)調(diào)，把握項(xiàng)目的總體方向和進(jìn)度，確保項(xiàng)目按計(jì)劃完成。

（2）理論團(tuán)隊(duì)：負(fù)責(zé)非平衡態(tài)多尺度熱力學(xué)、跨尺度本構(gòu)關(guān)系和界面耦合動(dòng)力學(xué)等理論模型的構(gòu)建，完成理論推導(dǎo)和模型驗(yàn)證。

（3）計(jì)算團(tuán)隊(duì)：負(fù)責(zé)跨尺度模擬平臺(tái)和智能化設(shè)計(jì)工具的開(kāi)發(fā)，完成平臺(tái)功能測(cè)試和性能評(píng)估。

（4）實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)：負(fù)責(zé)典型功能材料的制備和表征，收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，完成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的驗(yàn)證和評(píng)估。

（5）智能化設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)：負(fù)責(zé)智能化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，完成系統(tǒng)功能測(cè)試和性能評(píng)估。

（6）產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用團(tuán)隊(duì)：負(fù)責(zé)技術(shù)成果的產(chǎn)業(yè)化推廣和應(yīng)用，完成技術(shù)成果的市場(chǎng)調(diào)研和技術(shù)轉(zhuǎn)化。

團(tuán)隊(duì)成員之間采用分工合作、協(xié)同攻關(guān)的合作模式。團(tuán)隊(duì)成員定期召開(kāi)項(xiàng)目會(huì)議，交流研究進(jìn)展，解決研究問(wèn)題，確保項(xiàng)目按