材料基因组计划（Materials Genome Initiative，MGI）是由美国总统奥巴马于2011年6月24日宣布启动的一项计划，作为先进制造业伙伴关系（Advanced Manufacturing Partnership，AMP）的一部分，该项目旨在通过加强政府、高校及企业的合作，提高美国制造业的全球竞争力。MGI的目标是将新材料的研发周期缩短一半，并降低成本至原有水平的几分之一。
自二十世纪八十年代以来，新技术和经济的发展日益依赖新材料的创新。然而，新材料从实验室发现到实际应用的过程往往需要长达10至20年的时间。例如，锂离子电池从1970年代中期的实验室原型到1990年代末的实际应用，历时约二十年，但仍未应用于电动汽车。面对激烈的市场竞争和迅速的经济发展，材料科学家和工程师面临着缩短新材料研发周期的压力，以应对二十一世纪的挑战。然而，传统的研发方法主要依赖于科研人员的经验和大量的试错实验，且缺乏有效的计算工具和数据共享。
材料基因组计划旨在通过整合材料研发周期内各个环节的团队合作，加强政府、学术界、产业界和用户的互动，强调实验技术、计算技术和数据库之间的协作和资源共享，从而将新材料的研发周期缩短至原来的一半，同时显著降低研发成本。该项目预计将在清洁能源、国家安全、人类健康与福祉以及下一代劳动力培养等领域取得进展，增强美国的国际竞争力。
材料基因组计划致力于建立准确的材料性能预测模型，并通过开放平台实现源代码共享，以促进更多用户群体的参与。此外，还将开发友好的软件界面，以扩展应用程序。
实验手段将用于完善理论计算模型，构建基础材料物理、化学和材料学数据，建立材料性能与其成分、组织和工艺之间的关联，并创建大规模数据库。实验数据也将用于改进计算模型，加速新材料的筛选。
数字化数据库的建立将涵盖各种材料的基础数据，并规范数据的标准和共享系统。云计算技术的应用将进一步扩展材料研发中的数据存储和共享。
材料基因组计划关注轻质防护材料、电子材料、能源储存、生物替代材料等方面的研究，尤其重视与能源和电子行业相关的稀缺矿物质的替代品开发。
在人类健康与福祉领域，重点关注生物相容性材料、防护材料的设计，如防脑损伤材料，以应对战争和日常生活中常见的伤害。
清洁能源新材料的研究涵盖了生物质能源转化催化剂、人工光合作用材料、光伏电池材料、能源储存材料等多个方向，特别强调汽车轻量化材料的研发，以提高燃油效率。
材料基因组计划致力于培养新一代劳动力，提倡“官产学研用”之间的紧密合作，加强实验学家、理论学家、计算机人才和工程师之间的交流，推动数字化数据共享和计算平台的开放，并在高等教育中推广交叉学科课程。
材料基因组计划的具体工作由多个机构负责，包括美国能源部、美国国家自然科学基金委员会、美国标准化科学与技术研究所、美国国防部等部门，各自承担不同的职责，如开发高质量软件工具包、建立标准基础设施、优化计算机建模与仿真材料等。
材料基因组计划受到美国国家纳米技术项目（NNI）的影响，后者专注于1至100纳米范围内的材料研究。MGI有望借鉴NNI的知识基础设施计划，加强数据共享和科学建模团体之间的协作。此外，MGI还可能参与NNI与欧盟的合作，以促进大西洋两岸的数据共享。
材料基因组计划，是何方神圣？.中科院物理所.2024-10-31
材料基因组计划，是何方神圣？ .搜狐网.2024-10-31
美国材料基因组计划战略目标及其启示.中国腐蚀与防护网.2024-10-31
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材料基因组计划（Materials Genome Initiative，MGI）是由美国总统奥巴马于2011年6月24日宣布启动的一项计划，作为先进制造业伙伴关系（Advanced Manufacturing Partnership，AMP）的一部分，该项目旨在通过加强政府、高校及企业的合作，提高美国制造业的全球竞争力。MGI的目标是将新材料的研发周期缩短一半，并降低成本至原有水平的几分之一。
背景
自二十世纪八十年代以来，新技术和经济的发展日益依赖新材料的创新。然而，新材料从实验室发现到实际应用的过程往往需要长达10至20年的时间。例如，锂离子电池从1970年代中期的实验室原型到1990年代末的实际应用，历时约二十年，但仍未应用于电动汽车。面对激烈的市场竞争和迅速的经济发展，材料科学家和工程师面临着缩短新材料研发周期的压力，以应对二十一世纪的挑战。然而，传统的研发方法主要依赖于科研人员的经验和大量的试错实验，且缺乏有效的计算工具和数据共享。
目标
材料基因组计划旨在通过整合材料研发周期内各个环节的团队合作，加强政府、学术界、产业界和用户的互动，强调实验技术、计算技术和数据库之间的协作和资源共享，从而将新材料的研发周期缩短至原来的一半，同时显著降低研发成本。该项目预计将在清洁能源、国家安全、人类健康与福祉以及下一代劳动力培养等领域取得进展，增强美国的国际竞争力。
内容
计算手段
材料基因组计划致力于建立准确的材料性能预测模型，并通过开放平台实现源代码共享，以促进更多用户群体的参与。此外，还将开发友好的软件界面，以扩展应用程序。
实验手段
实验手段将用于完善理论计算模型，构建基础材料物理、化学和材料学数据，建立材料性能与其成分、组织和工艺之间的关联，并创建大规模数据库。实验数据也将用于改进计算模型，加速新材料的筛选。
数据库建立
数字化数据库的建立将涵盖各种材料的基础数据，并规范数据的标准和共享系统。云计算技术的应用将进一步扩展材料研发中的数据存储和共享。
研究重点
国家安全新材料
材料基因组计划关注轻质防护材料、电子材料、能源储存、生物替代材料等方面的研究，尤其重视与能源和电子行业相关的稀缺矿物质的替代品开发。
人类健康与福祉新材料
在人类健康与福祉领域，重点关注生物相容性材料、防护材料的设计，如防脑损伤材料，以应对战争和日常生活中常见的伤害。
清洁能源新材料
清洁能源新材料的研究涵盖了生物质能源转化催化剂、人工光合作用材料、光伏电池材料、能源储存材料等多个方向，特别强调汽车轻量化材料的研发，以提高燃油效率。
下一代劳动力培养
材料基因组计划致力于培养新一代劳动力，提倡“官产学研用”之间的紧密合作，加强实验学家、理论学家、计算机人才和工程师之间的交流，推动数字化数据共享和计算平台的开放，并在高等教育中推广交叉学科课程。
分工
材料基因组计划的具体工作由多个机构负责，包括美国能源部、美国国家自然科学基金委员会、美国标准化科学与技术研究所、美国国防部等部门，各自承担不同的职责，如开发高质量软件工具包、建立标准基础设施、优化计算机建模与仿真材料等。
评价
材料基因组计划受到美国国家纳米技术项目（NNI）的影响，后者专注于1至100纳米范围内的材料研究。MGI有望借鉴NNI的知识基础设施计划，加强数据共享和科学建模团体之间的协作。此外，MGI还可能参与NNI与欧盟的合作，以促进大西洋两岸的数据共享。
参考资料
材料基因组计划，是何方神圣？.中科院物理所.2024-10-31
材料基因组计划，是何方神圣？ .搜狐网.2024-10-31
美国材料基因组计划战略目标及其启示.中国腐蚀与防护网.2024-10-31