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从试错到预测：先进材料 干刚成（港科广）

先进材料

• ① 科幻中（振金、乌路、士本钠合金）
• ② 记忆材料：3D打印记忆
• ③ 可自我修复材料：可逆化学键、手机屏幕
• ④ 负折射率：光学|隐身材料 → 军事隐形
• ⑤ 负泊松比力学材料（能量吸收性 + 形状贴合性）

材料研发发展史

• 旧石器时代：石头 ；新石器：磨制 + 陶器
• 青铜器时代：青铜 ；铁器：春秋
• 青铜：铜 + 锡 合金，→ 配比 数百年实践摸索
• 爱迪生电灯丝：6000多次植物纤维
• 人类文明 → 材料发现、发展、使用 ；试错 → 阻碍

现代困境

• 新型合金：多种合金、配方、配比 10年/万次
• “海森堡困境”：微观尺度无法直接观测结构 $\Delta x \Delta p \ge \frac{h}{4\pi}$
• 计算机辅助研发
  • “第一性原理”量子隧穿效应：量子力学理论解释
  • 计算机模拟双缝干涉
  • 量子力学计算 + 数据库 + 机器学习：预测元素配比下电性

AI智能化预测

• 2011奥巴马 MGI：材料基因组计划
• John Hopfield（24诺奖）：灵感来源：自旋玻璃（碱性合金）模型
• Demis Hassabis（24诺奖）：人工智能预测蛋白质 AlphaFold
• Deep Mind：专注 AI for science
• 材料大数据：Materials Project

应用材料

• Google 基于材料大模型研发 GNoME
• 会思考的实验室
• 英国 “晶泰材料”