基于材料大数据和结构基元探索“材料的基因”
潘锋，国家“千人计划”特聘教授，创院院长
北京大学深圳研究生院新材料学院
摘要
类似于生命体，材料的性能也是由材料的某些基础结构特征所决定，如元素种类、化学键、空间排列、配位环境等，我们称之为“材料的基因”。探索材料的基因，目的是快速方便地设计新材料。材料基因计划通过高通量计算、高通量合成与检测等手段建立材料基因数据库以获得材料的大数据，再结合“机器深度学习“、“数据挖掘”等智能计算方法快速寻找决定材料性能的相关“基因”。我院于2016年承担了首批国家材料基因平台重点专项之一：“基于材料基因的全固态锂电池及关键材料研发”。经过一年多努力，已取得了一系列重要进展和成果。其中在材料大数据库建立以及挖掘材料基因方面：1）我们建立了包含约100万种晶体结构的材料数据库，同时采用目前公认最精确的杂化密度泛函（HSE）方法高通量计算所有材料的电子结构，目前已经计算约13000种；2）自主开发了一套精确计算材料电子结构的新方法（wanier koopman theory）；3）自主开发了一套材料结构搜索程序，可以快速搜索二维材料以及块材；4）首次在锂电池正极材料中提出结构基元的概念，并发现了其与材料性能的直接关联。如三元层状材料中(TM)6-O-Li6基元与材料稳定性直接关联，(TM)6-O3-Ni-O3-Li(TM)5基元中的过渡金属离子自旋电子之间的超交换相互作用直接影响三元层状材料的Ni/Li反位和氧的稳定性。
DOI: 10.12110/firstfmge.20171121.409
潘锋教授（国家“千人计划”特聘专家 ）是北京大学深圳研究生院新材料学院创院院长。1985年获北大化学系学士，1988年获中科院福建物构所硕士，1994年获英国Strathclyde大学博士(获最佳博士论文奖)，1994-1996年瑞士ETH博士后。潘锋教授目前聚焦“新材料基因（高通量的计算、合成与检测及数据库系统）”的研发及用于“清洁能源及关键材料研发”，包括新型太阳能电池、热电发电、储能和动力电池及关键材料的跨学科的基础研究和应用开发，具有十多年在国际大公司从原创基础研究到应用的经历。2011年创建北京大学新材料学院（深圳研究生院），2012年底作为项目的首席科学家和技术总负责,以北大新材料学院作为协同创新的枢纽，组织深圳市动力电池、材料、装备、研发等8家企业组成完整产业链创新群体，申请和承担了国家（3部委）重大专项--新能源汽车（动力电池）创新工程项目（国家资助1.5亿，项目投资7亿），已圆满完成项目。2013年作为团队负责人获得广东省引进 “光伏器件与储能电池及其关键材料创新团队”的重大项目支持。2015年任科技部“电动汽车动力电池与材料国际联合研究中心”（国家级研发中心）主任。2016年作为首席科学家组织11家单位（8所大学+深圳超算+2家深圳百亿产值的电池企业）申报成功国家材料基因平台重点专项（“基于材料基因的全固态锂电池及关键材料研发”）。潘锋教授在SCI收录国外期刊发表近200篇技术论文和书章，被Elsevier列为2015和2016年中国高被引学者（Most Cited Chinese Researchers）之一，3项国际发明专利，近50项国内专利申请。