在日常生活中，材料如同隐匿于幕后的英雄，手机屏玻璃、飞机合金外壳、衣物纤维等各类材料各显神通，而“材料基因组”则是掌控这一切的关键力量。
材料基因组究竟是什么？我国为何大力布局相关装置？光明科学城又具备哪些独特优势？带着这些疑问，科学城专访栏目记者采访了材料基因组大科学装置平台——高压中子谱仪建设项目负责人、南方科技大学研究教授韩松柏，和中国散裂中子源靶站谱仪机械总工程师康乐，一同揭开材料基因组的神秘面纱。
材料基因 助力科研的独特“字母”组合
材料基因是什么？韩松柏给出了一个形象的比喻：“倘若将材料比作一本精彩的故事书，那么‘材料基因’便是书中的字母表。每个基因恰似一个独特的字母，各有其本领和个性，它们相互组合，便能编织出千变万化的故事，即形成完整的材料。”材料基因组学的强大之处在于它能够助力科研工作者，在新材料的研发征程中实现加速奔跑，恰似基因组学揭开了生命的神秘面纱，让我们得以窥探遗传信息的奥秘。材料基因组学通过深入研究材料的原子和分子结构——这一材料的“基因密码”，进而对材料性能进行精准预测和优化。如此一来，新材料从实验室走向市场的周期大幅缩短，研发成本显著降低，性能也更加卓越。
我国大力推进材料基因组大科学装置建设，其背后的深层原因是当前新材料技术领域所面临的“两头在外”困境，即研发环节与应用市场都过度依赖国外。在此严峻形势下，构建材料基因组大科学装置成为突破材料技术瓶颈、抢占全球科技产业制高点的关键之举。韩松柏指出，这一技术将高通量材料计算设计、实验和数据库这三块关键“拼图”巧妙拼接，构建起一个创新网络，有望强力推动高端制造业等领域的蓬勃发展，增强我国材料的自主保障能力。
光明科学城 以产业为导向推动创新发展
不久前，光明科学城的材料基因组大科学装置正式迈入试运行阶段。该平台紧密围绕前沿科学研究与产业实际需求，精准聚焦电子信息、航空航天等七大材料领域，深度对接深圳“20+8”产业集群，联合行业龙头企业开展多项前沿项目应用，全力朝着将新材料研发周期和成本减半的目标迈进，助力我国材料科学实现弯道超车。
在材料基因组大科学装置的战略布局中，光明科学城的装置相较于其他科学城有显著的优势。据韩松柏介绍，其紧紧围绕产业需求进行建设，这种明确的导向性使得成果转化效率极高，能够迅速将科研成果转化为实实在在的生产力，为区域经济增长提供强劲动力。在建设过程中，智能化与绿色化理念贯穿始终，既深入挖掘科研深度，推动材料科学研究向纵深发展，又高度注重生态环境保护与可持续发展，确保科研活动与生态环境友好共生。此外，光明科学城丰富的人才资源和优越的科研环境，为装置的建设、运行以及后续的升级维护提供了坚实的智力支持，有力保障该装置在材料科学研究领域持续发挥关键作用。
从战略布局来看，光明科学城众多重大科技创新载体近半涉及新能源、新材料领域，如材料基因组设施、特殊环境材料设施等聚焦前沿难题，加速源头创新，筑牢产业理论技术根基。中山大学·深圳、深圳理工大学的新材料学院积极投身原始创新与颠覆性技术研发，有力推动产学研深度融合。在产业构建方面，围绕生命、信息、新材料等主攻方向培育产业集群，各环节龙头企业集聚，形成上下游协同的产业生态，推动规模化、集群化发展。在人才资源上，光明科学城已成为人才汇聚的高地，拥有院士50余名、高层次人才超2700人、科研院所人才超7000人，人才总量超18万人，人才密度领先全国城区。
谱仪出束 助力新材料研究新突破
韩松柏介绍，光明科学城的材料基因组大科学装置主要涵盖高通量制备平台、高通量实验室表征平台、高通量中子表征平台和高通量计算与数据平台四大核心板块。高通量制备平台如同高效运转的“材料工厂”，能够运用先进的技术工艺，快速、大量地制备出具有多种特性和潜在应用价值的材料样本，为后续研究奠定丰富的材料基础。高通量实验室表征平台好似“精密检测师”，利用多种高精度的分析测试手段，全面、细致地检测分析材料的微观结构、物理化学性质等，获取大量关键性能数据，为材料的筛选和优化提供重要依据。高通量中子表征平台借助强大的中子散射技术，深入探测材料内部原子和分子的排列、运动等信息，从独特的视角揭示微观奥秘，为材料研究设计提供重要参考。高通量计算与数据平台仿佛“智慧大脑”，通过复杂的计算模型和算法，快速处理分析海量的材料数据，预测材料性能行为，实现数据的高效管理与共享，促进材料研究的协同创新。
2024年7月，依托松山湖科学城中国散裂中子源建设的高压中子谱仪和高分辨中子衍射谱仪顺利出束。这两台谱仪作为材料基因组的重要组成部分，为光明科学城材料基因组研究注入了强大动力。康乐介绍，这些谱仪出束将为新材料领域相关研究带来全新突破。高压中子衍射仪是我国首台飞行时间高压专用谱仪，也是世界第二台大腔体压机中子谱仪，具备衍射和成像等功能，在多个领域应用广泛，能够结合极端条件研究物质结构和物性，为我国基础科学和关键技术研究提供有力支撑。高分辨中子衍射仪是我国首台超高分辨同类设备，能够突破传统结构分析的极限，为多领域研发提供平台，推动关键新材料的研发进程。高分辨中子衍射仪能够精准解析材料微观结构，为材料的设计优化提供关键信息；高压中子谱仪有力推动高压科学技术发展，实现极端条件下的材料研究；二者联用构建起跨学科平台，促进学科融合与科学发现，还能够有效解决材料科学、新能源等领域的关键技术问题，吸引更多科研机构和企业积极参与，加速成果产业化进程。
当下，光明科学城和松山湖科学城在大科学装置建设、科研攻关、教育与人才培养、产业协同发展以及交通互通互联等多个关键领域展开了紧密合作，呈现出全方位、多层次的合作格局。两地不仅计划共享共建大科学装置和高端仪器设备，更在通信、生命技术、新材料等重大科技项目上携手共进，汇聚起强大的科研合力。在此背景下，韩松柏满怀期待地表示：“两地的紧密合作，是资源整合、优势互补的必然选择，能够让材料基因组研究如虎添翼，更快地将科研成果落地生根。”康乐表示：“无论是共享共建大科学装置，还是携手攻克关键技术难题，每一步的协同推进，都为我国材料科学领域注入源源不断的动力，未来的潜力不可限量。”
光明新闻记者 林彦君/文（受访者供图）