非晶合金數智研發平臺 | 進展

隨著高端裝備和尖端技術對材料性能需求的日益提高，合金材料在元素種類、成分跨度、微觀結構等方面的復雜性不斷增加。非晶合金是典型的復雜合金體系，表現出其他合金所不具備的成形特性和機械、物理、化學性質，在關鍵領域有重要應用價值。然而，非晶合金涵蓋的成分空間巨大，制備過程又依賴環境氣氛、高溫、冷卻速度等條件，材料研發難度極大。

材料基因工程能夠同步提升材料探索的廣度和速度。中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心柳延輝團隊前期自主發展了一系列適用于非晶合金的材料基因工程方法。團隊利用這些方法，研制出高溫塊體非晶合金（Nature，569，99，2019；入選2019年度“中國科學十大進展”），提出了非晶形成能力的新判據（Nature Materials，21，165，2022），確認了控制非晶合金耐蝕性的關鍵參數（Advanced Science，12，2504168，2025），建成了非晶合金專業數據庫（軟著登記號：2024SR0235963）。結合機器學習方法，預測并建立了非晶合金材料體系目錄（Materialia，39，102375，2025），實現了非晶合金X射線衍射圖譜的精準生成和非晶合金成分范圍的高效識別（npj Computational Materials,11,254,2025），為實現非晶合金的理性設計提供了“導航圖”。

基于團隊的持續積累，在汪衛華院士的大力支持下，柳延輝研究員帶領非晶合金研究團隊的王超副主任工程師、魯振特聘研究員、李明星副研究員、李福成副研究員、孫奕韜副研究員、沈來權副研究員等成員，聯合相關行業企業，經過近兩年時間的技術攻關，建設了非晶合金數智研發平臺。該平臺深度融合材料基因工程理念、人工智能方法、自動實驗技術，為非晶合金研究和新材料探索提供了“數據驅動——智能設計——自動實驗——材料發現”的新模式（圖）。在智能設計方面，團隊基于非晶合金專業數據庫和領域文獻，結合大語言模型，開發了能推薦新合金的智能助手GlassChat。在自動實驗環節，團隊取得了系列技術突破：發明了自動配料系統，解決了原材料處理依賴人工的“堵點”；開發了自動熔煉澆鑄系統，既保證了工藝一致性又實現了全流程數據記錄；發展的組合薄膜自動制備與表征系統，可對智能助手推薦的合金進行快速驗證。這些系統聯動運行，能夠實現智能設計、高通量制備、自動表征、數據反饋的全流程閉環體系。平臺建設過程中已申請發明專利3件，授權發明專利1件。這些專利技術覆蓋配料、制備、表征的核心環節，將顯著提升非晶合金研發的效率和精度。

圖：非晶合金數智研發示意圖

該平臺的建設把非晶合金研發從“經驗試錯”轉向“精準迭代”，將為理解非晶合金形成機理、發展結構性能調控方法、建立普適構效關系提供重要支撐。平臺集成的自動制備和表征技術具備通用性，能夠擴展應用于銅合金、鈦合金、鋁合金、高熵合金等關鍵合金體系，助力航空航天、電力電子、生物醫療、高端裝備等產業的金屬材料數智研發。

相關工作得到了中國科學院和國家自然科學基金委的支持。

編輯：東君