人工智能在材料发现中的应用

申奥; 马梅; 高乐; 马宁; 马薇; 刘昊; 夏明许

doi:10.20176/j.cnki.nxdz.20260205

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人工智能在材料发现中的应用

信息科学 | 更新时间：2026-04-22

- 人工智能在材料发现中的应用
- Application of Artificial Intelligence in Materials Discovery
- 宁夏大学学报(自然科学版中英文) 2026年47卷第2期页码：116-157
- 作者机构：
  
  1.宁夏大学物理学院，宁夏银川 750021
  2.宁夏大学信息工程学院，宁夏银川 750021
  3.宁夏大学材料与新能源学院，宁夏银川 750021
- 作者简介：
  
  申奥(1998—），男，博士研究生，主要从事AI for Science研究，（电子信箱）shen1ao1@stu.nxu.edu.cn。
  刘昊(1988—)，男，教授，博士，博士研究生导师，主要从事计算机视觉与模式识别、AI for Science研究，(电子信箱)liuhao@nxu.edu.cn。
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(6247074282)
- DOI：10.20176/j.cnki.nxdz.20260205
  中图分类号：
- 收稿：2025-04-06，
  
  纸质出版：2026-03-15
- 稿件说明：
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申奥，马梅，高乐，等.人工智能在材料发现中的应用［J］.宁夏大学学报（自然科学版中英文），2026，47（2）：116-157.

SHEN Ao,MA Mei,GAO Le,et al.Application of Artificial Intelligence in Materials Discovery[J].Journal of Ningxia University (Natural Science Edition in Chinese and English),2026,47(2):116-157.
申奥，马梅，高乐，等.人工智能在材料发现中的应用［J］.宁夏大学学报（自然科学版中英文），2026，47（2）：116-157. DOI： 10.20176/j.cnki.nxdz.20260205.

SHEN Ao,MA Mei,GAO Le,et al.Application of Artificial Intelligence in Materials Discovery[J].Journal of Ningxia University (Natural Science Edition in Chinese and English),2026,47(2):116-157. DOI： 10.20176/j.cnki.nxdz.20260205.

摘要

综述了人工智能（AI）在材料发现领域的应用现状，重点探讨其在材料表征、材料生成及属性预测三大核心方向的最新研究进展。首先，系统阐述材料表征中的描述符设计原理，聚焦如何将材料的微观结构、化学组成等复杂信息转化为机器可处理的量化特征。其次，深入分析生成模型在材料逆向设计中的技术路径，详细探讨生成对抗网络（GAN）、图神经网络（GNN）、变分自编码器（VAE）、扩散模型及大语言模型（LLMs）的具体应用场景与技术优势。再次，综述基于GNN与Transformer架构的材料属性预测技术，从预测精度、计算效率及模型可解释性3个维度总结各类方法的性能表现。最后，剖析AI驱动材料发现面临的核心挑战与发展潜力，并对未来研究方向进行展望。

Abstract

This paper reviews the application of artificial intelligence （AI） in materials discovery， focusing on the latest advancements in three core areas： material characterization， generation， and property prediction. First， the principles of descriptor design for material characterization were introduced， emphasizing the transformation of complex information， such as micro-structure and chemical composition， into machine-readable quantitative features. Then， an in-depth analysis of the technical pathways employed by generative models in the inverse design of materials was provided， detailing the specific applications and advantages of the generative adversarial networks （GANs）， graph neural networks （GNNs）， variational autoencoders （VAEs） diffusion models， and large language models （LLMs）. Furthermore， material property prediction technologies based on GNN and Transformer architectures were reviewed， summarizing the performance of these methods in terms of prediction accuracy， computational efficiency， and model interpretability. Finally， the core challenges and potentials of AI-driven materials discovery were discussed， offering insights into future research directions.

关键词

Keywords

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