一种新型材料基因解码及新型材料结构和功能预测方法技术

本发明专利技术公开了一种新型材料基因解码及新型材料结构和功能预测方法，涉及新型材料技术与计算机的交叉技术领域。本发明专利技术包括如下步骤：对所有元素或基团的基因特征参量的存储以及可视化；对新型材料数据库进行大数据挖掘，对材料特性函数F的设定；根据对材料基因特性的破译，确定材料特性函数F与材料合成结构、环境参数的关系；生成高通量计算脚本，提交超算平台计算。本发明专利技术通过确定材料的基因特性及遗传表现所需要的结构、合成环境参数等技术，并根据确定的材料基因特性生成海量候选材料结构，完成高通量计算后，通过设置特性函数F阈值，预测其性质和合成环境参数，方便新型材料基因破解并根据新型材料基因对新型材料特性和功能预测。

A New Material Gene Decoding and a New Material Structure and Function Prediction Method

The invention discloses a novel material gene decoding and a novel material structure and function prediction method, which relates to the cross technical field of new material technology and computer. The invention includes the following steps: storage and visualization of gene characteristic parameters of all elements or groups; large data mining of a new material database and setting of material characteristic function F; determination of the relationship between material characteristic function F and material synthesis structure and environmental parameters according to the decoding of material genetic characteristics; generation of high-throughput calculation scripts and submission of the calculation platform. Calculate. By determining the structure and synthetic environment parameters needed for the genetic characteristics and genetic expression of materials, and generating a large number of candidate material structures according to the determined genetic characteristics of materials, after high-throughput calculation, the properties and synthetic environment parameters of new materials can be predicted by setting the characteristic function F threshold, so as to facilitate gene cracking of new materials and new materials according to the genes of new materials. Prediction of characteristics and functions.

【技术实现步骤摘要】
一种新型材料基因解码及新型材料结构和功能预测方法
本专利技术属于
，特别是涉及一种新型材料基因解码及新型材料结构和功能预测方法。
技术介绍
生物由于其基因的多样性，表现出非常丰富的物种特性，新型材料合成表现出类似的性质，所有材料是由元素以不同的比例，结构组成，而化学元素总共则只有118种，但所组成的各类材料特性则也表现出极高的多样性，如铁电材料、铁磁材料、多铁材料等等，其应用覆盖了人类生活的各个方面如：信息材料、能源材料、生物材料、汽车材料、纳米材料、超导材料等等。此时，对于具有特殊性能的新型材料的需求愈发强烈，尤其是预测新型材料的组成、结构以及实验合成环境等诸多参数的选取变得及其重要。但由于原子按照不同比例、结构以及合成环境可以形成无数种组合，使得对于新型材料预测是变得非常复杂和困难，而现在主要的方法是通过学者经验以及大量的数据积累来尝试新型材料的特性研究。人们发现，特定元素在形成某些结构的一类材料以后，能表现出非常好的材料特性，而这个材料特性与元素的参数，如原子序数，外层原子结等，成键方式等，有着非常密切的关系，如同生物基因一样，在特定的结构、合成环境下，材料的基因性质会遗传给后代合成的材料，如果能够破译这些材料所携带的基因特性，以及诱导其表现出某种的特性的结构、合成环境等参数时，便可以非常方便的通过类似于生物学的基因改造技术，通过生成各种元素组分、构型以及合成环境下的新型材料模型，进行模拟计算，预测未知材料的结构、特性以及实验合成环境。然而，材料基因的破译及其复杂，原子的排列组合方式存在无穷多种可能，实验合成材料影响因素众多，很难材料的基因特性，以及诱导其遗传特性的结构以及环境。本专利技术致力于研究一种新型材料基因解码及新型材料结构和功能预测方法，方便新型材料基因破解并根据新型材料基因对新型材料特性和功能预测。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种新型材料基因解码及新型材料结构和功能预测方法，通过确定材料的基因特性及遗传表现所需要的结构、合成环境参数等技术，并根据确定的材料基因特性生成海量候选材料结构，完成高通量计算后，通过设置特性函数F阈值，筛选优秀新型材料结构，预测其性质和合成环境参数，方便新型材料基因破解并根据新型材料基因对新型材料特性和功能预测。为解决上述技术问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的：本专利技术为一种新型材料基因解码及新型材料结构和功能预测方法，包括如下步骤：S00：对所有元素或基团的基因特征参量的存储以及可视化；其中，所述元素或基团的特征参量的存储包括化学元素参数存储、材料参数存储、合成环境参数存储到新型材料数据库；所述元素参数包括元素序号、符号、原子量、外层电子数、常见化合价、化学性质；所述材料参数包括元素或基团的特殊性质；所述合成环境参数温度、压力、真空度以及截断能量、单位原子能量、势能函数、赝势选取编号；这些参数相对应的是该元素的特性，以及组成新型材料以后可能由这些元素信息不同表现出不同的材料特性；所述可视化包括利用计算机将元素或基团的基因参数具象为人眼可以分辨识别的可视化视图模型；S01：对新型材料数据库进行大数据挖掘，通过对材料特性函数F的设定对具有特殊性质的新型材料组成、结构、环境参数进行分析，确定各个参数对材料特性函数F的权重；S02：回推得到特定元素所携带的材料基因特性，以及其特性遗传表现所需的结构和环境参数；S03：根据对材料基因特性的破译，确定材料特性函数F与材料合成结构、环境参数的关系；生成高通量计算脚本，提交超算平台计算；对实际特性函数F(c)计算结果进行判定，区分优劣来达到预测新型材料的特性以及为实验合成提供指导。优选地，S00中元素或基团的特征参量的存储还包括如下：对元素或基团的特征参量数据分类存储；即根据不同的材料特性，将收集到的材料信息进行分类存储；既存储实验数据，也存储计算的理论数据；其中包括晶格常数、空间群编号、能隙、居里温度，超导转化温度，实验需添加重要合成环境参数，如温度、压力、掺杂浓度等，理论计算数据应在以上实验参数基础上添加截断能量、单位原子能量、势能函数、赝势选取编号，并确定用来标定材料特性优劣的参数作为特性函数F，如居里温度，能隙大小，超导转变温度，也可以是认为设定的几个参数在不同权重组合下的参数作为特性函数F。优选地，所述材料特性函数F具体为：F＝A0X0+A1X1+A2X2+......+AnXn；其中，X0、X1、X2......Xn为特性优劣参数，如元素组成及其比列，材料空间结构，合成环境参数；A0、A1、A2......An为特性优劣参数对应的权重；根据特性函数F和原始材料基因参数、结构、合成环境的相关性分析，分析数据来源于数据库中存储大量材料的实验和理论计算数据；设定相关性阈值，相关性函数大于特定阈值，便选取为特性函数的影响参数，挑选出材料合成过程中并满足下列函数关系：F＝A0X0+A1X1+A2X2+......+AnXn，假设特性与合成过程中的元素组成、材料结构以及合成环境的参数相关。优选地，对高通量计算，通过对真实计算所得的特性函数F(c)进行筛选，将特性函数优秀的结构和计算结果存储回流程S00，作为大数据分析的新的数据来源，循环筛选F(c)。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术通过确定材料的基因特性及遗传表现所需要的结构、合成环境参数等技术，并根据确定的材料基因特性生成海量候选材料结构，完成高通量计算后，通过设置特性函数F阈值，筛选优秀新型材料结构，预测其性质和合成环境参数，方便新型材料基因破解并根据新型材料基因对新型材料特性和功能预测。当然，实施本专利技术的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术的初始界面；图2为附图1选择后展示的查询结果图；图3为本专利技术中材料基因数据的可视化模型展示的3D视图；图4为本专利技术中材料基因数据的可视化模型展示的表格；图5和图6为本专利技术中材料基因数据的可视化模型展示曲线图；图7为本专利技术中高通量材料基因计算流程图；图8为本专利技术一种新型材料基因解码及新型材料结构和功能预测方法的流程图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参阅图8所示，本专利技术为一种新型材料基因解码及新型材料结构和功能预测方法，包括如下步骤：S00：对所有元素或基团的基因特征参量的存储以及可视化；其中，所述元素或基团的特征参量的存储包括化学元素参数存储、材料参数存储、合成环境参数存储到新型材料数据库；所述元素参数包括元素序号、符号、原子量、外层电子数、常见化合价、化学性质；所述材料参数包括元素或基团的特殊性质；所述合成环境参数温度、压力、真空度以及截断能量、单位原子能量、势能函数、赝势选取编号；这些参数相对应的是该元素的特性，以及组成本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型材料基因解码及新型材料结构和功能预测方法，其特征在于，包括如下步骤：S00：对所有元素或基团的基因特征参量的存储以及可视化；其中，所述元素或基团的特征参量的存储包括化学元素参数存储、材料参数存储、合成环境参数存储到新型材料数据库；所述元素参数包括元素序号、符号、原子量、外层电子数、常见化合价、化学性质；所述材料参数包括元素或基团的特殊性质；所述合成环境参数温度、压力、真空度以及截断能量、单位原子能量、势能函数、赝势选取编号；所述可视化包括利用计算机将元素或基团的基因参数具象为人眼可以分辨识别的可视化视图模型；S01：对新型材料数据库进行大数据挖掘，通过对材料特性函数F的设定对具有特殊性质的新型材料组成、结构、环境参数进行分析，确定各个参数对材料特性函数F的权重；S02：回推得到特定元素所携带的材料基因特性，以及其特性遗传表现所需的结构和环境参数；S03：根据对材料基因特性的破译，确定材料特性函数F与材料合成结构、环境参数的关系；生成高通量计算脚本，提交超算平台计算；对实际特性函数F(c)计算结果进行判定，区分优劣来达到预测新型材料的特性以及为实验合成提供指导。

【技术特征摘要】
1.一种新型材料基因解码及新型材料结构和功能预测方法，其特征在于，包括如下步骤：S00：对所有元素或基团的基因特征参量的存储以及可视化；其中，所述元素或基团的特征参量的存储包括化学元素参数存储、材料参数存储、合成环境参数存储到新型材料数据库；所述元素参数包括元素序号、符号、原子量、外层电子数、常见化合价、化学性质；所述材料参数包括元素或基团的特殊性质；所述合成环境参数温度、压力、真空度以及截断能量、单位原子能量、势能函数、赝势选取编号；所述可视化包括利用计算机将元素或基团的基因参数具象为人眼可以分辨识别的可视化视图模型；S01：对新型材料数据库进行大数据挖掘，通过对材料特性函数F的设定对具有特殊性质的新型材料组成、结构、环境参数进行分析，确定各个参数对材料特性函数F的权重；S02：回推得到特定元素所携带的材料基因特性，以及其特性遗传表现所需的结构和环境参数；S03：根据对材料基因特性的破译，确定材料特性函数F与材料合成结构、环境参数的关系；生成高通量计算脚本，提交超算平台...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪骞，王科，
申请(专利权)人：宿州新材云计算服务有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34