一种基于材料基因编码的新材料智能设计方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于材料基因编码的新材料智能设计方法及系统，涉及材料研发领域。包括以下步骤：获取材料研发中过程中的内部数据、外部数据、模拟仿真数据，构建材料基因数据库；材料基因指原子排列拓扑结构、组分，配比，组织，工艺；基于材料基因数据库，利用机器学挖掘材料基因编码；基于材料基因编码，开展材料智能设计；基因编码指目标材料的结构、组分、配比、组织、工艺材料基因按规则进行的编码，不同的基因编码决定材料不同性能；基于材料基因编码的新材料智能设计，可以是正向设计和逆向设计。本发明专利技术通过人工智能辅助新材料设计，建立材料微观的原子、组分、配比、和工艺特征与其宏观物化性质之间的联系，指导新材料理性设计。指导新材料理性设计。指导新材料理性设计。

【技术实现步骤摘要】
一种基于材料基因编码的新材料智能设计方法及系统


[0001]本专利技术涉及材料研发领域，更具体的说是涉及一种基于材料基因编码的新材料智能设计方法及系统。

技术介绍

[0002]目前，新材料研发，仍基于实验“试错法”，效率低，成本高。此外，微尺度材料集成设计工业软件，不仅被垄断，且这些传统软件也不能很好地将“云计算，高通量计算筛选，跨尺度自动化，材料数据库，AI赋能”等新出现的材料研发理念和模式融入，影响了新材料数字化研发普及和应用。造成该现象的一个主要原因在于，新材料数字化研发相关基础理论和智能化研发方法和模式的缺失。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术提供了一种基于材料基因编码的新材料智能设计方法及系统，以解决上述
技术介绍
中的问题。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0005]一种基于材料基因编码的新材料智能设计方法，包括以下步骤：
[0006]获取目标材料的外部数据、模拟仿真数据、内部数据进行多模态数据融合，构建材料基因数据库；所述材料基因数据是指材料中原子或分子排列拓扑结构、组分，配比，组织，工艺及性能数据；
[0007]基于材料基因数据库，利用机器学习获取n个材料基因编码；所述材料基因编码是指目标材料的结构、组分、配比、组织、工艺材料基因按待寻找的一个规则Fn进行编码，按规则Fn所进行的材料基因编码就决定了材料的一个性能Pn；材料基因编码用如下的材料基因理想模型描述：Pn＝Fn(结构、组分，配比，组织，工艺)，其中编码规则Fn可视作为决定一个材料性能Pn的显性或隐性的函数，结构、组分，配比，组织，工艺基因相当于函数Fn的自变量；
[0008]基于材料基因编码，开展新材料智能设计；所述新材料智能设计，是指利用材料基因编码进行材料智能设计，包括结构设计、组分设计、配比设计、性能预测、工艺优化、及服役预测；
[0009]基于材料基因编码的新材料智能设计，是指通过对材料基因编码的调控，实现材料正向设计和逆向设计。
[0010]可选的，所述外部数据包括：文献数据，行业报告数据，专利数据，行业数据库数据；所述内部数据包括：设计数据，生产数据，测试表征数据，模型数据以及分析数据。
[0011]可选的，结构、组分，配比在材料基因理想模型中为必选项，组织和工艺是材料基因理想模型中的可选项；材料的n个性能Pn分别由相对应的n个Fn基因编码所分别决定。
[0012]可选的，所述模拟仿真数据，通过高通量计算筛选获取。
[0013]可选的，所述模拟仿真数据通过高通量计算筛选，筛选后的数据进入材料基因数
据，具体为：
[0014]采用高通量建模算法，进行“单体分子+N种取代基”组合，或不同元素按不同空间拓扑结构、配比的组合，搭建出材料结构、组分、配比的基因组合候选空间；
[0015]基于材料结构、组分、配比的基因组合候选空间，通过量子力学或分子动力学计算，开展多基因组合多物性的自动流程计算，筛选出最优结构、成分、配比的基因组合及相关性能数据，进入材料基因数据库。
[0016]可选的，所述正向设计是指根据材料的结构、组分、配比、或\和组织，预测出材料的目标性能、工艺参数、及服役行为；所述逆向设计是指根据材料的目标性能和服役行为，通过对材料基因编码的调控，反推出材料的结构、组分、配比、组织、工艺参数。
[0017]可选的，获取材料基因编码是指将机器学习、高通量计算筛选、多尺度模拟仿真的不同组合和集成式应用，用于构建材料基因数据库，以及寻找和挖掘材料基因编码。
[0018]可选的，对材料基因编码的调控，是指对决定材料n个性能Pn的n个编码Fn，分别对其结构、组分、配比、组织、工艺自变量的取值进行改变；其中结构、组分、配比是必选的调控自变量，组织、工艺参数是可选的调控自变量。
[0019]一种基于材料基因编码的新材料智能设计系统，包括：
[0020]材料基因数据库构建模块：用于通过外部数据获取模块，高通量计算筛选模块、以及内部数据获取模块，获取材料基因数据，构建材料基因数据库；
[0021]外部数据获取模块：用于通过自然语言处理，从文献、行业报告数据，专利数据，行业数据库数据外部资源，进行材料基因数据的抓取和清洗，并进入材料基因数据库；
[0022]内部数据获取模块：用于获取内部的材料设计数据，生产数据，测试表征数据，模型数据以及分析数据，并进入材料基因数据库；
[0023]高通量计算筛选模块：用于通过不同原子或分子空间拓扑结构、成分、配比的组合，形成基因组合候选空间；基于基因组合候选空间，开展高通量计算筛选，得到模拟仿真数据，进入材料基因数据库；
[0024]材料基因编码获取模块：用于基于材料基因数据库，利用机器学习进行数据挖掘，构建材料基因编码理想模型Pn＝Fn(结构、组分，配比，组织，工艺)，其中Fn可视作为一个显性或隐性的函数，就是决定了材料一个性能Pn的基因编码，结构、组分，配比，组织，工艺相当于函数Fn的自变量；
[0025]材料智能设计模块：基于n个材料基因编码Fn的集合，通过分别对材料基因编码的调控，开展材料的正向设计和逆向设计。
[0026]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术公开提供了一种基于材料基因编码的新材料智能设计方法及系统，通过对材料基因编码的研究，一方面建立材料基因与其某种物化性质之间的关系模型，开展材料理性设计。另一方面，基于材料基因编码理论找出影响所研究性质的基因编码及其特征(如以晶体化合为例，组成晶体的元素特征和不同元素组分之间的浓度配比)，这些特征是原子级别的特征(如原子质量、摩尔体积等)，这样就建立了材料微观的原子的特征与其宏观的物化性质之间的联系，让人类更好的理解材料的设计，理性地指导新材料设计，如发现廉价的替代材料等。
附图说明
[0027]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0028]图1为本专利技术的流程示意图；
[0029]图2为本专利技术的原理图；
[0030]图3为本专利技术通过主体和N个配体的高通量自由组合，生成新的聚氨酯弹性体分子结构图。
具体实施方式
[0031]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0032]本专利技术实施例公开了一种基于材料基因编码的聚氨酯弹性体智能设计方法，其思路如图1
‑
3所示。
[0033]聚氨酯弹性体是聚氨酯的一个重要的品种，目前其消费本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于材料基因编码的新材料智能设计方法，其特征在于，包括以下步骤：获取目标材料的外部数据、模拟仿真数据、内部数据进行多模态数据融合，构建材料基因数据库；所述材料基因数据是指材料中原子或分子排列拓扑结构、组分，配比，组织，工艺及性能数据；基于材料基因数据库，利用机器学习获取n个材料基因编码；所述材料基因编码是指目标材料的结构、组分、配比、组织、工艺材料基因按待寻找的一个规则Fn进行编码，对材料基因按该规则Fn进行编码就决定了材料的一个性能Pn；材料基因编码用如下的材料基因理想模型描述：Pn＝Fn(结构、组分，配比，组织，工艺)，其中编码规则Fn可视作为决定一个材料性能Pn的显性或隐性的函数，结构、组分，配比，组织，工艺基因相当于函数Fn的自变量；基于材料基因编码，开展新材料智能设计；所述新材料智能设计，是指利用材料基因编码进行材料智能设计，包括结构设计、组分设计、配比设计、性能预测、工艺优化、及服役预测；基于材料基因编码的新材料智能设计，是指通过对材料基因编码的调控，实现材料正向设计和逆向设计。2.根据权利要求1所述的一种基于材料基因编码的新材料智能设计方法，其特征在于，所述外部数据包括：文献数据，行业报告数据，专利数据，行业数据库数据；所述内部数据包括：设计数据，生产数据，测试表征数据，模型数据以及分析数据。3.根据权利要求1所述的一种基于材料基因编码的新材料智能设计方法，其特征在于，结构、组分，配比在材料基因理想模型中为必选项，组织和工艺是材料基因理想模型中的可选项；材料的n个性能Pn分别由相对应的n个Fn基因编码所分别决定。4.根据权利要求1所述的一种基于材料基因编码的新材料智能设计方法，其特征在于，所述模拟仿真数据，通过高通量计算筛选获取。5.根据权利要求1所述的一种基于材料基因编码的新材料智能设计方法，其特征在于，所述模拟仿真数据通过高通量计算筛选，筛选后的数据进入材料基因数据，具体为：采用高通量建模算法，进行“单体分子+N种取代基”组合，或不同元素按不同空间拓扑结构、配比的组合，搭建出材料结构、组分、配比的基因组合候选空间；基于材料结构、组分、配比的基因组合候选空间，通过量子力学或分子动力学计算，开展多基因组合多物性的自动流程计算，筛选出最...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨小渝，
申请(专利权)人：北京迈高材云科技有限公司，
类型：发明
国别省市：