【“AI+”大家谈】 AI+材料：为人工智能提供硬件支撑

【编者按】为深入贯彻落实国家关于人工智能重大发展战略，认真落实自治区党委、政府关于加快人工智能发展的部署要求，即日起，学校融媒体中心特推出《“人工智能+”大家谈》栏目，陆续刊登各单位、部门负责人分享本单位、部门以往在人工智能领域的做法与成效以及今后的发展思考，不断开创学校人工智能发展新局面。

本期论坛邀请到材料科学与工程学院院长张坚教授，由他深入阐述材料科学与工程学院如何立足学院实际，在人工智能硬件支撑领域展开的积极探索与实践。通过精心规划的专业布局、与时俱进的课程转型、深入前沿的科学研究以及紧密高效的产教融合等多维度策略，学院为人工智能的蓬勃发展奠定了坚实的硬件基础。张院长不仅分享了实质性的成果，还展望了该领域未来的发展方向，为我们描绘了一幅“AI+材料”行动的蓝图。

AI+材料：为人工智能提供硬件支撑

一、专业布局面向新质生产力

桂林电子科技大学是国内四大电子信息类高校之一。材料科学与工程学院在电子信息材料领域具备本科—硕士—博士人才培养全链条，拥有国家级一流专业建设点、国际工程教育认证专业、国家级卓越工程师培养专业和广西现代产业学院。依托学校电子信息特色，材料科学与工程学院先后设立了材料科学与工程、材料成型及控制工程、高分子材料与工程等人工智能领域前端硬件支撑专业。2018年学院成为广西首个开设新能源材料与器件专业的单位，2023年成为全国第二批开设光电信息材料与器件专业的单位（目前国内同时开设新能源与器件和光电材料与器件本科专业的高校仅有4所）。学院不断面向新质生产力发展加强专业内涵建设，为进一步拥抱人工智能的跨越式发展奠定了坚实的基础，并积极为学校电子信息专业链和学科链面向人工智能革命不断注入新活力。

二、教学改革培育智造英才

1.专业课程数智化转型

修订学院所有专业的人才培养方案，推动传统工科向数字化、智能化方向转型升级，开设《人工智能在材料成型中的应用》《材料研究与计算机应用》《光电传感器与边缘计算》等人工智能相关课程；加强数字化机房的建设，通过购置simdroid等材料设计应用仿真软件，建设“材料计算+AI算法+器件制备”三位一体人工智能与材料相结合的实践教学平台，不断将人工智能理论与材料专业知识深度融合，让学生在实践中提高运用人工智能技术解决材料问题的能力。

图1：数字机房仿真实验

2.大学物理课云教学体验

材料科学与工程学院承担学校大学物理公共课教学，负责全校理工科学生力学、电磁学、光学原理等人工智能数理基础教学实训。大学物理实验中心组织团队编写数字化教材，引入云教材和云班课，构建具有一定数据智能生成、教学智能跟踪反馈、数字教材融入教学过程的应用场景，使物理实验课包含AI管理、跟踪、反馈等功能，有效提高了学生学习物理原理的积极性，进一步提升了课程的优良率，为各专业学生将所学知识应用到人工智能领域铺垫了基础。

图2：多功能VR大学物理实验室

3.创新人才培养成效突出

在学院的培养模式下，学生在人工智能与材料交叉领域展现出较强的创新能力和技术应用能力。近5年，学院学生创新项目立项共计97项，学生参与各项科技竞赛省部级以上获奖逐年递增，创新创业教育成果显著。2024年，学院本科生考研升学率35%，其中材料科学与工程专业本科生升学率53.04%，20名学生进入双一流高校，双一流率32.79%。学院2024届本科毕业生就业率94.63%，以培养工程应用型为主的（材料成型及控制工程、高分子材料与工程、新能源材料与器件）专业毕业生在世界500强企业、中国500强企业、上市公司等工作的比例为57%，广泛就业于材料研发、智能制造等领域，部分毕业生在华为、中芯国际、比亚迪、宁德时代、中稀（广西）金源稀土、华友钴业等知名企业从事人工智能与材料相关的前沿研发工作，并广受用人单位好评。

图3：学生竞赛获奖与获奖证书

三、科学研究多维度支撑人工智能发展

1.科研人才汇聚

目前，学院专任教师114人，其中包括国家级人才、省部级人才等省部级人才累计63人次，2024年分别有7位与4位教师入选斯坦福大学与爱思唯尔共同发表的“全球前2%顶尖科学家榜单2024”和“终身学科影响力榜单2024”。学院现有广西创新团队5个、八桂学者团队4个。近五年，科研人员积极承担重大科研任务，承担了国家重点研发计划等国家级项目90项，省部级项目109项，到位经费1.38亿元，发表论文587篇，获授权国家发明专利195件，共获省部级科技奖11项。

2.科研平台先进

学院是材料科学与工程学科博士学位授权单位，现有电子信息材料与器件教育部工程研究中心、广西重大科技创新基地（电子信息材料构效关系重点实验室）、广西电子信息材料与器件科技成果转化中试研究基地等5个重大科技平台，建有面向全校开放的大型仪器设备共享平台，固定资产超过1.8亿元，拥有Science、Nature、ACS、Wiley、Elsevier等齐全的数据库，装备了先进的材料制备、加工与分析测试专用仪器设备，具备先进的新材料研究与研发条件。

图4：材料科学与工程学院科研平台

3.科研成果筑牢硬件基石

学院新材料科研成果从算力、能源、存储、感知、交互等多维度支撑人工智能技术创新与应用。

（1）半导体材料：AI制造核心基座

半导体材料是人工智能所需的大规模集成电路的基石。学院纳米光电材料与器件团队围绕半导体材料，开展了氧化镓、氧化铟锡、铟镓锌氧化物（IGZO）等半导体材料及其靶材的研发，现已合作生产出满足高世代显示面板、异质结太阳能电池以及新一代薄膜晶体管的金属氧化物陶瓷靶材，产品已在京东方、华星光电、惠科电子等企业批量应用。

图5：纳米光电材料与器件团队研发的ITO靶材

（2）显示材料：人机交互的窗口

液晶材料是液晶显示器（LCD）的核心，显示屏方便用户与人工智能系统进行交互。纳米光电材料与器件团队实现了具有实现方阻6.37Ω/□，电阻率为1.1×10-4Ω·cm的ITO、g/ITO复合薄膜制备，产品方阻在125℃高温条件连续48小时后的值为6.38Ω/□，可见光平均透过率为88.35%。相关成果在广西中沛光电科技有限公司的大尺寸触控产品得到实际应用，广泛应用于公司的汽车中控屏、POS机自助收费系统以及智能工业控制等领域，累计实现产品销售收入超亿元。

图6：高性能薄膜及其在智能触控终端的应用

（3）磁性材料：磁信号处理的关键

新型磁性材料能大幅提高硬盘存储密度，使人工智能设备能存储更多数据，推动大数据时代人工智能技术的发展。学院磁性材料团队基于构建材料基因工程数据库，发展了多种高性能新型磁性材料与器件，承担了国家自然科学基金5项、广西重大/重点研发7项、授权国家发明专利20件以上，获广西科技进步二等奖1项。

（4）新型离子电极材料：绿色算力引擎

新型锂离子电极材料和钠离子电极材料在提升能源存储效率和推动绿色能源应用方面均为AI发展提供了重要的技术支撑。学院新材料设计与应用团队利用机器学习、多尺度建模加速筛选电池材料从理论到实验验证研发周期，通过高通量计算、机器学习法从材料组合中筛选性能更优的材料，提高研发效率，人工智能赋能开发新型锂离子电极材料、钠离子电极材料。与广西电池企业联合开展攻关，承担广西重大专项、重点研发等5项科技项目，相关成果获授权发明专利5项。

图7：新型离子电池

（5）光伏材料：推动Al多场景应用

以钙钛矿光伏为代表的第三代光伏技术具有高效、低成本等显著特点，有机光电材料与器件团队研发的钙钛矿光伏材料与技术可以为Al产业的发展提供清洁、稳定的能源支持，降低Al产业的运营成本。此外，此类光伏技术的轻薄和可柔性化可以拓展能源采集的方式，如可穿戴设备或移动设备等，提供分布式的能源系统，支持边缘计算节点，推动Al在物联网等更多场景下应用。

图8：高效低成本钙钛矿光伏模组驱动家用电扇

（6）大模型数据助力储氢材料研发

高密度储氢材料的加速研发对于我国能源经济转型、早日实现“双碳”目标至关重要。学院新能源材料科学与技术团队开发了智能化的数据挖掘引擎，通过已发表的学术论文中发掘储氢材料热力学、动力学储氢性能数据，以及现有的材料基因工程数据库数据中获取含氢材料物理化学性质，并结合高通量第一性原理计算数据，构建了储氢材料性质性能数据集，基于所构建的教据集进一步建立了储氢材料教据库，并应用晶体图形神经网络等机器学习方法对储氢材料的吸放氢质量、吸放氢温度进行预测，相关工作将数据驱动的材料研发新模式与储氢材料相结合，为发展实用高效的新型储氢材料提供有效的平台支持、数据支撑、方法指引。

图9：储氢材料数据库

四、合作成果转化与服务产业

1.对接产业联合培养人才

依托电子信息材料与器件产业学院，与中稀（广西）金源稀土、广西晶联光电等企业建立学生联合培养基地，与风华高科、南方锰业、广西汽车等18个企业签订了校企合作协议共建实习实训基地，共同开展面向人工智能新材料产业的高素质人才培养。

2.围绕产业开展技术攻关

联合企业共建“高性能稀土永磁材料全产业链及其智能制造科技成果中试研究基地”“广西高纯铝及电解铝科技成果转化中试研究基地”“广西绿色低碳铝冶炼与精密铸造工程研究中心”；与广西铝合金精密铸件有限公司等企业开展深入的产学研用合作，共同获批“基于(RE)6Fe13M合金相设计及晶界重构制备高性能磁体关键技术研究与产业化示范”“高强度螺栓紧固件精密制造关键技术研究与产业化”“大规格耐蚀高强铜合金管精密制造关键技术研究与产业化”“大尺寸多轮辐高强铝合金车轮关键技术研究及应用示范”等重点研发计划项目，解决了企业在稀土冶炼、高性能稀土永磁的“卡脖子”技术问题，实现铝合金、铜合金轻量化与高性能化。

3.面向市场科技成果转化

学院积极推动人工智能在材料领域的技术转移与成果孵化。设立企业科技特派员，促进科研成果的应用转化。指导中稀（广西）金源稀土新材料有限公司开发的42SH产品实现了产值264万元；指导的“绿色稀土清洁高效的能源综合再利用技术”项目年回收草酸120吨，回收盐酸3910吨，节约用水33750吨，产生间接效益359.125万元/年。学院王成磊教授开发的“高能束制备关键零部件超硬涂层技术”实现在16家企业批量应用，并成功应用于机械领域和汽车领域。近五年，学院累计转化成果70余项，其中高科技项目10余项，为企业创造直接产值近10亿元。

图10：科技成果应用签约仪式

五、下一步工作设想和展望

人工智能革命将对人类社会产生的重大影响依赖于强大的硬件基础。材料学科贯彻了人类文明的演进历程，是人类社会进步的基石。人类目前面临的如气候变化、能源短缺等诸多全球性挑战，材料学科在其中发挥着不可替代的作用。近年来，材料科学与工程学院立足广西有色金属和稀土资源高附加值利用，服务国家与区域电子信息、人工智能等产业，在大尺寸ITO 靶材、稀土合金、锂电池材料等产业核心材料关键技术取得了一系列成果。未来，学院将抢抓人工智能科学发展机遇，以人为本，时刻不忘实干为要、创新为魂，持续深化材料学科与人工智能的融合，加强师资队伍、专业建设、人才培养和科研平台建设；用业绩说话，让人民评价，为材料学科的发展和广西社会经济的高质量发展作出更大贡献。

1.人才培养范式突破：以学生为中心，面向人工智能革命进一步凝练并调整各个专业核心课程，搭建AI辅助材料研发教学实践环境，开展项目式学习、案例教学、在线教学等，联合企业深入实施产教融合，将产业需求转化为毕业设计课题，使学生在真实工程场景中掌握材料智能技术、智能材料与结构等新兴领域知识，将学生从单一的材料制备表征能力，向“材料基因解析-智能算法开发-器件系统集成”的复合能力转变，培养具备跨学科能力的复合型人才。

2.师资队伍能力提升：从培引两方面加强面向人工智能革命的高水平师资队伍的建设，打造一支既懂材料科学又熟悉人工智能技术的复合型师资队伍，引进具有产业经验的复合型教师，组建“材料+人工智能”教学团队，从教育理念、培养模式和评价体系方面面向人工智能革命的需求进行重构；支持教师开展人工智能学科与材料学科交叉领域的研究项目，聚焦人工智能在新材料设计与合成制备等关键方面的科研攻关，同时将科研成果转化为教学内容，丰富教学案例，科教协同提升人才培养质量。

3.科学研究模式升级：搭建AI+材料研究平台，整合高通量计算、自动化实验和文献挖掘数据，通过深度学习算法，构建精准预测模型，如利用神经网络预测金属合金的强度、韧性等力学性能，使材料性能预测更准确、高效；充分发挥学院TEM、SEM、XPS等先进科研设备优势，提高材料微观结构分析效能，辅助材料合成与性能研究，加速材料研发进程，构建“计算设计-智能合成-精准测试”的闭环研究体系，面向国家与区域重大需求，不断提高科研有效产出，助力学院与学校的高质量发展。