上海人工智能實(shí)驗(yàn)室5月13日宣布，依托 2030 新一代人工智能?chē)?guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)總體部署，上海人工智能實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合蘇州國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、清華大學(xué)等合作單位，成功實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)尺寸、厚度超過(guò) 200 微米的高質(zhì)量單晶石墨可控制備。

數(shù)據(jù)筑基：億級(jí)計(jì)算材料數(shù)據(jù)庫(kù)支撐訓(xùn)練

據(jù)介紹，人工智能輔助材料研發(fā)的核心前提是高質(zhì)量數(shù)據(jù)支撐。為實(shí)現(xiàn)單晶石墨的精準(zhǔn)制備，聯(lián)合團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了面向機(jī)器學(xué)習(xí)原子勢(shì)訓(xùn)練的億級(jí)計(jì)算材料數(shù)據(jù)庫(kù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)在數(shù)據(jù)完整性、精準(zhǔn)度及覆蓋范圍上顯著優(yōu)于以往小規(guī)模數(shù)據(jù)庫(kù)，有效突破了以往依賴(lài)小規(guī)模開(kāi)源數(shù)據(jù)或通用數(shù)據(jù)庫(kù)的局限，為后續(xù)高精度 AI 模型研發(fā)筑牢底層根基。

該數(shù)據(jù)庫(kù)重點(diǎn)涵蓋鎳-碳體系機(jī)器學(xué)習(xí)勢(shì)訓(xùn)練所需的高質(zhì)量計(jì)算數(shù)據(jù)，包含不同尺寸的鎳團(tuán)簇、體相、表面結(jié)構(gòu)，以及上述鎳結(jié)構(gòu)與碳原子、碳鏈、碳環(huán)、石墨烯、石墨等多種碳構(gòu)型在不同溫度下形成的復(fù)合構(gòu)型，為高精度機(jī)器學(xué)習(xí)勢(shì)的訓(xùn)練提供了兼具廣度與可靠性的支撐，也為材料表界面 AI 模型研發(fā)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

算法牽引：機(jī)器學(xué)習(xí)勢(shì)函數(shù)模型搭建原子尺度解析橋梁

基于上述數(shù)據(jù)庫(kù)，聯(lián)合團(tuán)隊(duì)采用蘇州國(guó)家實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的高精度、高效率 NEP 機(jī)器學(xué)習(xí)勢(shì)方法，結(jié)合上海人工智能實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的主動(dòng)學(xué)習(xí)工作流、不確定度分析算法以及計(jì)算材料智能體框架，成功開(kāi)發(fā)出機(jī)器學(xué)習(xí)勢(shì)函數(shù)模型，突破了傳統(tǒng)第一性原理計(jì)算在尺度與時(shí)間上的局限。

該模型可完成超過(guò)十萬(wàn)原子規(guī)模體系、百萬(wàn)原子步的復(fù)雜界面動(dòng)力學(xué)模擬，能夠捕捉孿晶晶界加速碳遷移等關(guān)鍵微觀機(jī)制，為理解高質(zhì)量單晶石墨的宏觀生長(zhǎng)現(xiàn)象提供了原子尺度的計(jì)算橋梁。

機(jī)制驅(qū)動(dòng)：制備 200+ 微米單晶石墨超世界紀(jì)錄

在高精度機(jī)器學(xué)習(xí)勢(shì)函數(shù)模型的輔助下，聯(lián)合團(tuán)隊(duì)開(kāi)展大規(guī)模、長(zhǎng)時(shí)間的原子級(jí)動(dòng)力學(xué)模擬。通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)，團(tuán)隊(duì)不僅揭示了碳原子在鎳晶格內(nèi)偏析、擴(kuò)散、成核至生長(zhǎng)的遷移全過(guò)程，還復(fù)現(xiàn)了其在鎳單晶及含孿晶晶界界面處溶解、偏析、成核與外延生長(zhǎng)的演化全過(guò)程，厘清了單晶石墨的生長(zhǎng)機(jī)制。

另外，聯(lián)合團(tuán)隊(duì)還通過(guò)定量模擬實(shí)驗(yàn)，明確了反應(yīng)溫度、碳溶解度、原子擴(kuò)散速率、孿晶晶界結(jié)構(gòu)等核心參數(shù)對(duì)單晶石墨生長(zhǎng)質(zhì)量調(diào)控規(guī)律，為材料制備工藝的優(yōu)化升級(jí)，提供了可量化、可預(yù)測(cè)、可落地的理論支撐與計(jì)算依據(jù)。

基于上述科學(xué)發(fā)現(xiàn)，聯(lián)合團(tuán)隊(duì)搭建了單晶石墨生長(zhǎng)系統(tǒng)，最終成功制備出厘米級(jí)尺寸且厚度超過(guò) 200 微米的高質(zhì)量單晶石墨 —— 該厚度是當(dāng)前世界水平的 3 倍以上。這一科研突破也探索了一條從“試錯(cuò)摸索”向“機(jī)制驅(qū)動(dòng)”轉(zhuǎn)型的智能化科研路徑，驗(yàn)證了 AI 作為驅(qū)動(dòng)科學(xué)發(fā)現(xiàn)“革命性的工具”的重要價(jià)值。

未來(lái)，聯(lián)合團(tuán)隊(duì)將進(jìn)一步依托人工智能模型開(kāi)展實(shí)驗(yàn)工藝參數(shù)優(yōu)化與規(guī)模化制造研究，持續(xù)推動(dòng)單晶石墨向更高質(zhì)量、更大面積和更穩(wěn)定量產(chǎn)方向發(fā)展，積極拓展其在電子器件、熱管理和高端裝備等領(lǐng)域的應(yīng)用潛力，探索形成以海量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)、以人工智能模型為核心、以機(jī)制理解為牽引、以實(shí)驗(yàn)制備為驗(yàn)證、以規(guī)模制造為目標(biāo)的全新研發(fā)范式，推動(dòng)人工智能與材料科學(xué)深度融合不斷走深走實(shí)。

來(lái)源：IT之家

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