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含能材料研发的新模式——含能材料基因组研究计划(EMGI)

张朝阳

【期刊名称】《含能材料》

【年(卷),期】2016(024)006

【总页数】3页(P520-522)

【作者】张朝阳

【作者单位】中国工程物理研究院化工材料研究所含能材料基因科学研究中心

【正文语种】中文

1EMGI的内涵与重要性

先进材料是高端制造、信息网络、人类福祉和国家安全等几乎所有现代工业部门创

新驱动发展的重要基石。为推动先进材料的发展，2011年6月美国总统奥巴马签

署了由美国科学技术顾问委员会倡导的“MaterialsGenomeInitiative(MGI)”科

技白皮书(MaterialsGenomeInitiativeforGlobalCompetitiveness[EB/OL].

enome_initiative_final.pdf)。作为重新振兴美国先进制造业计划的一部分，MGI

旨在通过集成理论、计算、实验和数据库手段，将新材料的发现设计、合成制备到

服役应用的整个开发周期从目前的平均约20年降低一半，而且成本更低廉。毫无

疑问，该项计划如果成功实现，那么将全面加快现代工业发展进程。

含能材料(EM)是国防和民生的重要材料，采用MGI模式发展EM，必将大幅度提

高EM研制效率，造福社会。这就是含能材料基因工程(EMGI)。含能材料基因

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(EMG)是决定含能材料宏观性能和行为的基本微观结构因子及它们之间的内在关联；

EMGI就是发现决定含能材料性能的基因组，并以此设计、合成新型含能材料。

EMGI强调借助理论的指导，充分发挥数据库、计算和实验的交叉作用并加强融合。

其突出特点是把各种数据入库并进行管理，通过多重迭代，形成EM的大数据，

获得材料基因(MG)；同时通过理论建模计算预估，再通过实验技术的验证，大幅

度提高含能材料的制备效率。具体来讲，EMG可包括原子、原子团、分子、晶体、

晶体/晶体表界面、晶体缺陷、相关物、晶体/相关物表界面等，这些可作为今后研

究EMG的切入点。例如，低感含能材料具有的EMG是在分子结构上为平面共轭

结构、较强分子内氢键、键离解能大；而在晶体结构上，应该具有分子间氢键协助

的π-π堆积。(MaY,ZhangC,etal.Cryst.GrowthDes.,2014,14,6101；

4703)事实上，寻求EMG并非是一件很容易的事，它必须建立在大量的数据的基

础之上。

EMGI的研究意义在于：(1)EMGI反映了含能材料科学研究的本质。科学的本质

在于认识物质世界，而EMGI正是从科学上寻求决定含能材料的微观结构及这些

结构间的关联;(2)EMGI将改变含能材料的研发模式。EMGI将含能材料的数据库、

计算与实验高度融合，改变传统的试错法研究模式为按需设计计算合成模拟，研发

效率将大大提高;(3)EMGI将改变传统的封闭观念，以更为开放的心态开展相关研

究，合作的大数据时代让人们共赢。

含能材料自中国发明以来已有一千多年的历史，经历了黑火药时期、近代含能材料

时期和现代含能材料时期。特别是近一百多年来，含能材料得到了长足发展，品种

日益增加，从普通硝基化合物(代表为TNT)到氮杂环状硝基化合物(代表为RDX、

HMX)再到笼形化合物(代表为CL-20、八硝基立方烷)，能量逐步提高。结构上，