4-9、材料信息平台的构建策略

Construction Strategy of Material Information Platform

姚建华^1,2*，徐雯丽¹，李佳¹，黄迎¹，胡静¹，蒋舒仰¹，王宇飞²，李靖靖²

1.中国科学院上海有机化学研究所，上海，2.郑州工程技术学院，郑州市，河南省

摘要：材料是人类用于制造物品、器件、构件、机器或其他产品的那些物质，它在人类社会的发展中至关重要，同能源、信息技术共同构成了当今新技术革命的三大支柱。材料分类方法有多种，如：按化学状态、按物理性质、按状态、按物理效应、按用途、按组成和按材料应用等。从本质上讲，无论是哪类材料通常是由一组化学物质，按一定的比例或某单一物质构成，即一种材料对应一个配方。

由于材料的性能与构成材料的化学物质及其比例、物质的物理排列等因素决定，因此，材料信息应该由三大类组成：材料、配方和化学物质。材料信息主要包括：材料性能参数、用途、加工方法、材料的配方；配方信息主要包括：配方中化学物质及其配比；化学物质信息主要包括：物质的化学结构、物化参数、毒性、热力学参数、稳定性参数、物理排列等数据。上述数据来自实验或预测（计算）。这些数据的连通和分析结果，将有助于发现构成材料的化学物质与材料性能、化学物质的配比与材料性能、配方中物质之间相容性、构成材料的化学物质的物理排列与材料性能等关系。

从原理上讲，材料信息平台是提高材料设计和研究效率的工具，它主要由三部分组成：数据库、知识库和软件。数据库系统用于信息查询，知识库和软件用于化学物质的性质和材料性能预测。信息查询包括材料性能、配方和化学物质的信息查询；即具有文字、数字和化学结构检索功能。前两者检索方法采用文本和数字比较算法实现，化学结构检索采用化学信息学中的结构比较算法实现。化学物质性质预测即根据物质的化学结构，基于相关预测模型和规则，预测化合物的相关性质和物化参数。材料性能预测即根据化合物性质、配方数据，采用与材料性能相关的计算方法，预测材料的性能。通常，不同的性能，采用不同的算法。

上述提及的信息平台构建策略已成功用于构建农药信息平台和中药信息平台，并已开始用于构建材料信息平台。目前已建立的材料信息平台包含了：富勒烯化合物信息检索系统、材料配方数据集成系统、化合物的急性毒性、AMES和致癌毒性预测系统、化合物logP、化合物pKa预测系统[1]，以及一些用于计算材料性能和物质相关参数的商业软件。

材料信息平台的构建是一项持续性的工作，平台中的数据需要不断补充和完善；平台中的知识库将采用数据挖掘技术，实时分析数据库中的数据，并提取新知识或规则，完善和扩充知识库中的信息，以提高预测的准确率；平台中的软件需要不断优化和完善，以提高软件的计算性能和模拟的准确率。

关键词：材料性能；化合物；配方；数据库；预测

通讯作者：姚建华，电话：021-54925264，Email: yaojh@mail.sioc.ac.cn

致谢：本项目得到国家基金委项目(21672251)和河南省科技开放合作计划项目(172106000067)的资助。

参考文献

[1] http://202.127.145.116/introsoft.php

DOI:10.12110/secondfmge.20181014.409