AI＋材料科学：人工智能提速新材料发现
过去，新材料的发现主要依赖“试错”的实验方案或者偶然性的发现，一种新材料从研发到应用需要10-20年，已无法满足工业快速发展对新材料的需求。随着计算与信息技术的发展，利用计算系统发现新材料成为了可能。科学家们正在构建由数千种化合物组成的数据库，用算法来预测是什么让材料变得坚固和更轻。原本发现一种材料并将其整合成产的时间可能需要超过20年，加速这一过程势必会使我们获得更好的手机电池和屏幕，更好的用于火箭的合金材料，以及更好的健康设备传感器。
人工智能和材料科学的未来看起来很有前景，但依然存在挑战。首先，计算机的预测经常在简化的材料模型基础上预测，难以考虑真实的复杂情况。另外，我们仍然没有足够多的数据资料研发更智能的算法。然而，将材料科学与下一代计算、人工智能以及机器人等技术相结合，必然加快材料发现的步伐。本期“AI+材料科学”邀请材料计算学、材料表征及材料基因组学的学者，分享如何利用人工智能加速对材料结构和性能的了解，并与传统材料研究的学术界和产业界代表，一同探讨AI应用于材料科学研究的价值和效能。
未来论坛|YOSIAWebinar|第五期「AI+科学」系列
AI+材料科学
人工智能提速新材料发现
活动时间
北京时间8月30日周日上午10:00-12:30
美中时间8月29日周六晚上21:00-23:30
美西时间8月29日周六晚上19:00-21:30
活动形式：线上直播
活动议程（北京时间）
10:00-10:05主持开场
10:05–11:00主题报告
《X射线大科学装置与人工智能在先进材料表征中的应用》
-刘宜晋，美国SLAC国家加速器实验室斯坦福同步辐射光源LeadScientist
《机器学习在介观尺度材料设计的应用》
-胡嘉冕，美国威斯康星大学材料科学与工程系助理教授
《数据驱动的材料研究》
-刘淼，中国科学院物理研究所，特聘研究员
《数据驱动的材料创新基础设施》
-汪洪，上海交通大学材料基因组联合研究中心主任
11:00–12:00圆桌讨论
-主持嘉宾：周华
-讨论嘉宾：刘宜晋、胡嘉冕、刘淼、汪洪、尹万健
12:00–12:30问答环节Q&A
活动内容
（1）材料科学的前沿研究现状和挑战；
（2）人工智能应用于材料科学的价值、研究路径和案例；
（3）人工智能的融合对传统材料研究以及对产业界的价值；
（4）AI+材料科学与的未来发展方向以及人才培养。
主题报告摘要
《X射线大科学装置与人工智能在先进材料表征中的应用》-刘宜晋
材料的结构与化学复杂性与其功能息息相关，密不可分。在功能器件中，这种复杂性不仅体现在我们预先设计好的多尺度多维度的形貌、成分和结构不均性，更重要的是各个结构和功能单元在其特定的应用场景下所表现出的复杂反应机理、动态演化和协同效应。先进的X射线大科学装置（包括同步辐射和自由电子激光）为科学家提供了一个独特的实验平台来探索和表征功能材料的复杂性。结合机器学习和数据挖掘这些先进的计算方法，我们能够更好的应用X射线大科学装置，推进材料科学的前沿探索。我将在这个报告中用若干个研究案例来和大家分享我们的心得和体会。
《机器学习在介观尺度材料设计的应用》-胡嘉冕
材料的性能由其微结构（microstructure）直接决定，研究材料微结构-性能关联对材料设计至关重要。对于这方面的研究，（1）哪些情况下用机器学习最为必要？（2）怎样根据具体情况选择合适的机器学习方法？（3）有哪些可能的未来发展方向？又分别存在哪些挑战？此演讲主要分享对这三个问题的浅见。
《数据驱动的材料研究》-刘淼
近年来随着的信息技术的发展和材料模拟领域的进步，人们可以利用诸如“第一性原理计算”等方法迅速获得无机晶体材料的基本信息，如，键能、结构稳定性等。通过高通量计算，人们可以在短时间内，获得大量的数据，并利用它来筛选和设计新材料，从而大幅加速材料研发速度，降低材料研发成本。
本报告将介绍中科院物理所近期研发的Atomly材料科学数据库，及应用实例。Atomly是我国自主研发的世界级材料数据库，包含14万+个晶体结构计算信息，它提供为大家一种通过数据驱动筛选、预测和发现新材料的工具平台，有望将材料科学推进到大数据时代。
《数据驱动的材料创新基础设施》-汪洪
材料基因工程的工作模式，可大致总结为实验驱动、计算驱动和数据驱动3种。以“大数据＋人工智能”为标志的数据驱动模式围绕数据产生与数据处理展开，代表了材料基因工程的核心理念与发展方向。数据驱动模式与当前的思维和行为方式有着根本的不同，需要相应的全新基础设施来支撑，即一个以数据为中心的集成平台，整合基于高通量实验与高通量计算的“数据工厂”与数据设施，全面覆盖数据生产、存储、分析、共享各个环节。在此框架下，材料基因工程的3个技术要素实现了完美的协同。
嘉宾简介
周华（组织者及主持）
美国阿贡国家实验室物理学家
周华博士目前在美国能源部阿贡国家实验室先进光子源大科学装置担任物理学家。从2011年10月开始负责管理先进光子源表面科学束线站，同时主导开发和拓展专门针对先进材料制备，功能测试和技术应用方向的原位／同步／实时X射线研究。科研课题跨越和融合精准生长制备，新兴量子材料，类脑器件成像以及新能源材料等诸多物质科学领域。他在薄膜／异质结构和表面／界面X射线技术方面发表了一系列书章，综述和150篇同行评议论文（其中包括Nature,Science,NatureMaterials,NaturePhysics,PNAS等50多篇高影响力工作）。多次参与专家评审和咨询各国大科学装置束线科学项目。2018年获得GopalK.ShenoyExcellenceinBeamlineScience奖。
刘宜晋（主讲嘉宾）
美国SLAC国家加速器实验室斯坦福同步辐射光源LeadScientist
2000-2004年：中国科学技术大学物理系光学学士，2004-2009年：中国科学院高能物理研究所与中国科学技术大学联合培养光学博士，2009-2012年：美国斯坦福大学电子工程系博士后，2012年至今：美国能源部SLAC国家加速器实验室副研究员（2012），研究员（2015），LeadScientist（2020）。刘宜晋博士所带领的科研团队应用同步辐射和自由电子激光等大科学装置，深入开展针对能源材料领域的多尺度多维度研究。相关科研成果发表在Nat.Energy、Nat.Commun.、Joule、Chem、JACS、EES、AEM、AFM、ACSEnergyLett.、NanoLett.、Acc.Chem.Res.、NanoEnergy等知名期刊上。2007年获得中国物理协会同步辐射专业委员会颁发的青年之光优秀青年论文奖，2016年获得斯坦福同步辐射光源颁发的Spicer青年科学家奖
胡嘉冕（主讲嘉宾）
美国威斯康星大学材料科学与工程系助理教授
胡嘉冕博士现于美国威斯康星大学麦迪逊分校任教，为该校材料科学与工程系助理教授。研究领域：（1）材料理论及介观尺度(Mesoscale)计算模拟，侧重先进功能材料（铁电、压电、磁性材料等）；（2）数据驱动的介观尺度材料设计。2008年于四川大学获理学学士学位，2013年于清华大学获工学博士学位，师从南策文院士；此后于美国宾州州立大学陈龙庆教授课题组从事博士后研究，2018年1月入职威斯康星大学。曾获清华大学研究生“学术新秀”，清华大学研究生特等奖学金，美国材料研究学会（MaterialsResearchSociety）优秀研究生金奖，美国陶瓷学会优秀研究生钻石奖，美国材料研究学会优秀博士后奖，美国化学学会石油研究基金NewInvestigatorAward等荣誉。
刘淼（主讲嘉宾）
中国科学院物理研究所特聘研究员，博士生导师，atomly.net创始人
本科就读于中国科学技术大学物理系，后赴美国犹他大学材料系攻读博士学位，2013-2018年进入美国劳伦斯伯克利国家实验室从事博士后研究，2018年初加入中国科学院物理研究所，主攻材料数据科学。他也是松山湖材料试验室、怀柔材料基因平台的兼聘教授。他创建的atomly材料数据库将14万+个无机材料的高质量数据带到科研人员触手可得之处。
汪洪（主讲嘉宾）
上海交通大学材料基因组联合研究中心主任，“致远”讲席教授，中国材料试验标准委员会（CSTM）材料基因工程领域委员会主任委员
获美国伊利诺伊大学材料科学与工程博士，曾在美国任职于SONY、松下、GuardianIndustries等跨国公司，研究薄膜材料及其在半导体、平面显示与建筑节能中的应用。2010年起在中国建筑材料科学研究总院开展建筑节能镀膜玻璃、智能玻璃与太阳能光热材料及产业化技术研发。曾担任中国工程院、中国科学院材料基因组重大咨询项目专家。当前研究集中在材料基因工程理论，高通量材料制备与表征技术及机器学习在材料中的应用。
尹万健（讨论嘉宾）
苏州大学能源与材料创新研究院教授，博士生导师
复旦大学物理学学士（2004），理论物理博士（2009），师从龚新高院士。2009-2015年在美国可再生能源国家实验室以及托莱多大学从事博士后研究，2015年加入苏州大学，主要研究兴趣包括：能源材料的理论与计算，半导体缺陷物理以及高通量计算与机器学习。以第一/通讯作者在Nat.Comm.，Phy.Rev.Lett,J.Am.Chem.Soc.,Adv.Mater.等杂志发表论文近百篇，被引7000多次。近期通过符号回归机器学习方法发现了钙钛矿催化的简易描述子，从而指导实验合成出新型高效钙钛矿催化材料。
功能材料与智能制造研究院
南京大学功能材料与智能制造研究院是学校在苏州首批建设的新型研究院之一。研究院面向“新工科”发展趋势和需求，以功能材料研究为基础研制核心功能器件，并结合人工智能、数字孪生及智能制造技术，重点建设功能材料与器件、功能感知与系统应用、新能源材料与系统、智能制造与极限制造以及健康工程等研究中心，发展系统化工程应用能力，支撑和推动固体微结构物理国家重点实验室在苏延伸，建成国际一流的新型工科集成创新平台和世界一流高水平工程人才培养基地，为苏州新材料、高端装备制造、声学等重点产业的发展提供支撑。
【专题】柔性材料与器件
（原文链接https://mp.weixin.qq.com/s/CxqmOfXqRULJko1vt4oLww）
【编者按】
柔性电子学是21世纪重要颠覆性交叉科学技术，近年来在国际研究领域发展迅速。柔性功能材料与器件是柔性电子学的基础与核心，其快速发展必将对健康医疗、物联网、人工智能、脑机接口等战略新兴领域带来变革。基于新原理、新材料、新结构和新工艺等的柔性功能材料与器件的研究成果不断涌现，在此基础上具有自修复、自驱动、可延展、可重构、可降解等特性的新型柔性材料、器件及系统的研究成果层出不穷。
《功能材料与器件学报》编辑部特邀中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所张珽研究员和中国科学院上海微系统与信息技术研究所李铁研究员策划了本期“柔性材料与器件”专题。来自中国科学院纳米技术与纳米仿生研究所、中国科学院上海微系统与信息技术研究所、上海交通大学、北京航空航天大学、电子科技大学、北京交通大学和上海复旦大学的柔性电子专家贡献了9篇学术论文。重点介绍了柔性功能材料、柔性传感器及仿生微系统的研究进展及发展趋势，希望这些内容对读者有所启发。
【论文导读】
一、柔性仿生触觉感知技术：从电子皮肤传感器到神经拟态仿生触觉感知系统
孙富钦，陆骐峰，张珽
模仿生物触觉感知系统，利用柔性触觉传感器与人工突触器件构建柔性神经拟态触觉感知系统是发展下一代低功耗与高生物兼容性的仿生触觉感知系统的新型范式。本文从不同类型的仿生电子皮肤触觉传感器件，到基于人工突触器件的神经拟态触觉感知系统都进行了整理和总结，分析了与神经拟态触觉感知系统相关的主要挑战和机遇，并提出了潜在的解决方案和建议。
二、柔性可拉伸场效应晶体管器件的材料选择和器件制备
崔浩然，宋 健，王跃林，李 铁
柔性可拉伸场效应晶体管器件不同于传统的刚性器件，具有较好的柔性和生物相容性，在许多领域实现了突破性的应用。柔性可拉伸器件为了保证其柔韧性，所用的材料都需要具有一定的柔性和可拉伸性。此外，器件还需要具有更好的舒适性和实用性，需要具有更薄的设备厚度，对其制备方法也提出了一定要求。通过对柔性可拉伸场效应晶体管的材料和器件的制备方法进行详细归纳总结，可以为柔性可拉伸晶体管器件的制备和优化提供参考。
三、有机场效应晶体管气体传感器研究进展
刘 萌，宋 健，王跃林，李 铁
有机场效应晶体管(OFET)具有高效的信号转化与放大作用，在气体传感器研究领域受到广泛关注。本文围绕近年来相关研究工作，重点介绍并总结了OFET气体传感器在检测不同物理化学性质的有害气体方面的研究进展。同时，对OFET气体传感器未来的发展方向提出展望，为相关领域的研究提供参考。
四、柔性可穿戴式呼吸传感监测系统研究进展
张浩东，苏开明，殷善开，杨卓青
柔性可穿戴式呼吸传感监测系统包含柔性呼吸传感器和微型化电路，集信号传感、存储、传输和处理等功能于一体，具有体积小、准确性高、操作方便简单以及制备成本低等特点，其应用范围大于目前临床上常用的多导睡眠仪，可满足对呼吸系统疾病长期监测和早期诊断的需求。本文介绍了呼吸传感器的工作原理；以呼吸监测的实现方式为标准将呼吸传感监测系统分为两类——直接呼吸监测法和间接呼吸监测法，具体讨论了不同的呼吸监测位置和工作模式；最后，对柔性可穿戴式呼吸传感监测系统进行了相应的总结和展望。
五、仿生水动力学柔性传感器件与系统的研究进展
马治强，公 正，何其沛，刘公超，盛天宇，胡晓禾，张德远，蒋永刚
海洋生态环境监测亟需高灵敏度的柔性流场感知器件与系统。生物已经进化出了各种各样性能优异的流场感知器官，为我们开发柔性流场感知器件提供了灵感的源泉。本文综述了以鱼类侧线、海豹胡须、鳄鱼圆顶感受器等为代表的水下生物流场感知器官，介绍了其感知原理及其功用。随后，介绍仿生流速传感器、压力传感器及涡流传感器等水下柔性流场传感器件与系统，以及其在水下航行器流场分析和水生生物可穿戴方面的应用。讨论了仿生柔性流场传感领域的技术瓶颈与发展趋势，并展望其在水下流场智能分析的应用前景。
六、基于激光诱导石墨烯的柔性传感器最新研究进展
崔进京，文丹良，徐 丽，陈 爽，张晓升
可穿戴设备具有轻便、柔性、检测人体及环境信息等优势，是柔性电子领域极具发展潜力的器件。为了制备高性能的可穿戴器件，与其相关的材料制备、器件设计、多功能集成等方面得到研究。石墨烯作为一种优异的导电材料，广泛应用于柔性电子领域。特别地，激光诱导石墨烯的发现为可穿戴设备的设计和制备提供了一个单步加工的策略。本文主要从激光诱导石墨烯的制备工艺、应用于可穿戴设备的单模态传感器件、多功能器件三个方面对最新研究进行综述。
七、基于静电纺丝纳米PVDF膜的自驱动柔性复合式电子皮肤系统
杨甲一，许 巍，孟 妍，刘斯达，贾凌杰，陈国斌，李修函
将摩擦纳米发电机和压电纳米发电机高效集成，构建了可同时感知皮肤压力、位置和发电信息的柔性电子皮肤系统，可实现传感器的实时信号检测，同时具备发电功能可作为电源模块为其他设备供电。利用静电纺丝工艺，制备了高介电常数PVDF柔性纳米薄膜，提升摩擦纳米发电机的输出特性。电子皮肤整体厚度为182μm，拉伸性可达自身的130%。其输出特性中开路电压为200V，短路电流为8μA。通过采集输出信号，输入到深度学习模块中训练，实现手势判别。此外，利用机械力输入和电输出间的线性关系，实现定位和痛觉感知功能。
八、基于单晶硅纳米薄膜的光电器件和柔性传感器——进展与展望
胡博帆，尤淳瑜，胥博瑞，梅永丰
单晶硅纳米薄膜因其纳米尺寸的厚度而具有不同于体硅材料的机械、光学、电学等性质，其中最显著的特点是高机械柔性以及可转移性。生物相容性以及与CMOS工艺兼容的特性使其在柔性电子领域得到广泛应用。本文综述了单晶硅纳米薄膜的性质、柔性器件的制备工艺以及作为柔性功能器件在各领域中应用的研究进展。阐述了未来单晶硅纳米薄膜柔性功能器件的发展方向。
九、摩擦纳米发电机原理及其在仿生及软体机器人的应用
刘海生，冯 帅，吴 旋
通过从摩擦纳米发电机的结构、摩擦层表面微结构和摩擦电材料不断进行探索和研究，许多高性能的摩擦纳米发电机装置被设计制造。这些高性能的摩擦纳米发电机已经在自供能传感器、仿生应用及软体机器人驱动和传感等方面得到了广泛的应用。本文将对摩擦纳米发电机发电工作模式进行介绍，列举一些用于提高摩擦纳米发电机性能的材料的研究，并综述一些摩擦纳米发电机被应用于仿生及软体机器人的研究。
华东师范大学——上海类脑智能材料与器件研究中心揭牌
4月10日上午，上海推进科技创新中心建设办公室-华东师大上海类脑智能材料与器件研究中心揭牌仪式在闵行校区举行。上海科创办专职副主任陈尧水、科学平台处处长张翌翀、副处长林文慧，复旦大学微电子学院副院长周鹏、江安全教授，上海新硅聚合半导体有限公司首席科学家欧欣、行政人事主管张瑞，华东师大校长钱旭红、副校长施国跃，发展规划部部长兼重点建设办公室主任段纯刚、科技处处长杨海波、物理与电子科学学院党委书记李恺、化学与分子工程学院院长田阳等相关职能部门、院系负责人、教师及学生代表出席仪式。揭牌仪式由施国跃主持。
校长钱旭红致辞
钱旭红校长在致辞中指出，我国科技创新进入了重要的战略转型期，国家对于实现科技自立自强、建设世界一流研究型大学、培养科技战略人才有着急迫需求。类脑中心的成立和工作的开展，是华东师大以国家“有组织科研”号召为契机，以“超限”为理念，为强化国家战略科技力量、抢占世界科技制高点做出的重要尝试。类脑中心未来期待与上海科创办、复旦大学和新硅聚合半导体公司不断加深合作，超越行业界限、领域象限、科研极限，走向未来无限。
副校长施国跃主持会议
发展规划部部长兼重点建设办公室主任段纯刚汇报类脑中心的建设基础及规划
段纯刚教授从建设背景、现状、发展定位等方面汇报了类脑中心的建设基础及规划。他指出，中心将立足于探索上海科创中心与上海高校共建的新机制，将人工智能技术和新材料发展相结合，聚焦于类脑智能材料设计、制备和应用，助力上海成为社会主义发展引领区和中国最重要的科技创新策源地。
新硅聚合半导体首席科学家欧欣研究员致辞
欧欣研究员在致辞中指出，微电子技术将我们人类从物理世界带到了信息世界，类脑智能技术可以进一步将我们带入智能社会。类脑中心基于铌酸锂单晶薄膜材料制备和铁电类脑器件与集成方面开展的研究具有重大的理论和实际应用意义。新硅聚合半导体希望通过提供新型材料的解决方案，积极参与和推动新型材料从技术链向产业链的跨越。
生命科学学院李大力教授发言
生命科学学院李大力教授介绍了学校生物医药团队围绕基因改造的精确性、基因药物精确递送、细胞的通用性、新靶点发现方面所做的生命医学顶尖研究，通过基因编辑、CAR-T等技术在地中海贫血、肿瘤、糖尿病和心血管疾病中提供了长效、安全的解决方案。
软件工程学院执行院长蒲戈光发言
软件工程学院执行院长蒲戈光介绍了学校在软件工程的基础理论、技术方法与标准制定等方面为我国工业软件研发、关键基础设施安全可信理论与实践等重要领域提供的技术创新、工业实践及人才培养的成就。
上海科创办专职副主任陈尧水作总结讲话
上海科创办专职副主任陈尧水在总结讲话中指出，类脑联合研究中心的成立，正是华东师大紧密对接国家科技创新发展战略，从材料研究层面推动硬件人工智能发展的重要体现，希望类脑中心积极进行科研成果及科研体制等的“先行先试、改革创新”，加强与其他校内外团队和领域头部企业的协同攻关，形成攻克关键核心技术的“杀手锏”，打造出“国之重器”，助力上海科创中心的建设。