当今人类社会已经步入大数据时代，巨量与材料腐蚀相关的数据已经快速产生，这些数据如何处理？如何储存？如何挖掘以发挥最大功能？如何建立共享平台，并利用云技术实现腐蚀过程的模拟、计算与建模仿真？解决之道就是将材料腐蚀学与日新月异、快速发展的信息科学与计算机技术交叉融合，在材料腐蚀理论研究和技术开发中，引入信息科学与计算机技术的最新研究成果，这就是材料腐蚀信息学。

    文/李晓刚

    当今人类社会已经步入大数据时代，巨量与材料腐蚀相关的数据已经快速产生，这些数据如何处理？如何储存？如何挖掘以发挥最大功能？如何建立共享平台，并利用云技术实现腐蚀过程的模拟、计算与建模仿真？解决之道就是将材料腐蚀学与日新月异、快速发展的信息科学与计算机技术交叉融合，在材料腐蚀理论研究和技术开发中，引入信息科学与计算机技术的最新研究成果，这就是材料腐蚀信息学。

    文/李晓刚

    腐蚀是材料受环境介质作用而破坏的现象。产业与社会发展需求构成了腐蚀学科持续繁荣的强大动力；物理、化学和数学等基础学科的进步构成了腐蚀研究深入发展的科学支撑。腐蚀学科的一代宗师肖纪美、曹楚南院士同时指出：腐蚀学是研究腐蚀的学科，由微观腐蚀学和宏观腐蚀学构成。微观腐蚀学着眼于腐蚀现象的微观分析，建立腐蚀理论，在它的指导下， 开发防蚀技术，即材料的腐蚀与防护；宏观腐蚀学着眼于从总体上分析腐蚀问题， 即将腐蚀现象的整体作为研究对象-系统， 考察它与社会环境之间的交互作用以及腐蚀学的社会及经济效应。

    腐蚀学科是一门应用科学，其目的主要在于：一是澄清不同材料/环境体系下的腐蚀规律与机理，服务于选材与材料开发、结构与工艺设计、优化、失效分析、可靠性评价与寿命预测；二是发展防护技术，有效控制材料腐蚀的过程；三是发展腐蚀监检测理论与技术，以实现结构服役状况的评价。经过长达数千年的经验积累，尤其是西方工业革命的催生，腐蚀学科的基础理论框架终于在上个世纪前半叶确立了。1929年Evans建立的腐蚀金属极化图，1933年Wagner建立的氧化扩散理论和1938年Pourbaix建立的电位-pH图为学科的三块重要基石。此后，针对多元与多层次的具体问题，以辐射方式多方向发展，尤其是对腐蚀电化学和局部腐蚀的认识最为重要。由于材料与环境因素的复杂性，腐蚀研究与各基础学科相比，较多地体现出经验性特点，以阐明腐蚀规律和控制方法有效性为主要特征。

    腐蚀学科是一门融合多种学科的综合交叉学科，其理论研究与材料科学、化学、物理学、表面科学、力学、生物学、环境科学和医学等学科密切相关；其研究手段包括各种现代电化学测试分析设备、先进的材料微观分析设备、现代物理学的物相表征技术和先进的环境因素测量装备；其防护技术应用范围涉及各种工业领域的介质环境，大气、土壤、水环境甚至太空环境等自然环境。近年来，腐蚀研究的主要趋势是：一是在材料上趋于多元化。由传统材料为主向传统与功能材料并重方向发展。二是在环境上，逐渐向特殊、苛刻条件发展，并考虑光、声、力、热、电磁及生物物质影响。三是现代物理理论与实验技术基础上的微观与深度方向的发展。四是新的表征与腐蚀控制技术。

    腐蚀学科又是一门工程应用学科。环境保护、新能源、资源节约、生物技术、电子信息技术、空间技术、国防技术的发展是腐蚀工作者日益关注的新领域，构成了广大的新生长点。不仅一系列标准化、规范化的材料腐蚀与防护技术的观测、分析、表征、测试与评价研究方法和实验技术已经建立，而且大批相关标准与规范方法与技术正在发展过程中。

    必须指出的是，材料腐蚀学还是一门依赖于基础数据的学科，无论是材料腐蚀基础理论和机理研究，还是发展防护技术和建立实验技术与方法，建立测试与工程标准，都必须不断积累材料在各种环境中的腐蚀数据，这些数据才是构成腐蚀学科所有理论、技术、方法和标准的基础。材料腐蚀数据积累必须采用标准化与规范化的方法采集获得，只有这样，这些数据才具有科学性与实用性。从宏观腐蚀学的角度看，腐蚀其实是人类社会中的一切构筑物的毁灭过程，须将腐蚀现象作为系统整体研究，考察它与社会环境之间的交互作用以及腐蚀学的社会及经济效应，即当今社会已经和正在产生与腐蚀相关的巨量数据，且将持续快速产生下去，这些数据如何处理？如何储存？如何挖掘以发挥最大功能？

    这些问题已经清晰地摆在我们面前， 却又是以往材料腐蚀学研究内容中无法解决的问题，而我们又不能对其视而不见。

    解决以上问题的必由之路就是建立材料腐蚀信息学。材料腐蚀信息学是材料腐蚀学与日新月异、快速发展的信息科学与计算机技术交叉融合的结果。在材料腐蚀理论研究和技术开发中，引入信息科学与计算机技术的最新研究成果，实现材料腐蚀学的快速发展。因此，材料腐蚀信息学的主要内容包括材料腐蚀信息加工、材料腐蚀信息管理和材料腐蚀信息传播与共享。

    材料腐蚀信息学的内涵是：当今人类社会已经步入大数据时代，巨量与材料腐蚀相关的数据已经快速产生，这些数据如何处理？如何储存？如何挖掘以发挥最大功能？如何建立共享平台，并利用云技术实现腐蚀过程的模拟、计算与建模仿真？ 解决之道就是将材料腐蚀学与日新月异、快速发展的信息科学与计算机技术交叉融合，在材料腐蚀理论研究和技术开发中， 引入信息科学与计算机技术的最新研究成果，这就是材料腐蚀信息学。

    材料腐蚀信息学是研究材料腐蚀信息管理、材料腐蚀信息加工与挖掘、信息安全、信息传播与共享的一门新的材料学科分支。

    大数据时代计算机技术和材料腐蚀科学的交叉渗透是材料腐蚀信息学的最大特征，建立材料腐蚀信息学的目的在于实现腐蚀数据彻底共享与工程应用，因此，其框架为各类海量的材料腐蚀信息标准化的管理、深度的加工与挖掘、充分的安全与完全的传播共享。建立材料腐蚀信息学的意义在于：1、通过对各类海量的材料腐蚀信息标准化的管理与深度的加工与挖掘， 可以进一步认识材料的腐蚀机理与规律； 2、通过对各类海量的材料腐蚀信息标准化的管理与完全的传播共享，可以进一步发展材料腐蚀防护技术；3、腐蚀过程的模拟与仿真，即用虚拟的过程与真实的数据反映真实的材料腐蚀过程将是材料腐蚀的又一强有力地研究手段，可能使材料腐蚀研究摆脱目前仅仅依赖实验手段的状况；4、建立材料从设计、生产、服役到报废全寿命的大数据设计原则，大幅度提高材料服役性能和延长寿命。

    材料腐蚀信息学的建立对发展材料基因组工程的成功至关重要。材料基因组工程包括将术语、数据归档格式和指南报告标准化，其主要内容为以下三个方面： 在材料计算方面，建立准确的材料性能预测模型，并依据理论和经验数据修正模型预测；建立开放的平台实现所有源代码共享；开发的软件界面友好，以便进一步拓展到更多的用户团体。在实验技术方面， 为弥补理论计算模型的不足和构架不同尺度计算间的联系，开展针对性实验；补充非常基础的材料物理、化学和材料学的数据，涉及材料的电子、力学、光学等性能数据，构建材料性能相关的成分、组织和工艺间内在联系，并建立庞大的数据库； 利用实验数据修正计算模型，加速新材料的筛选及高效确定。在数据库建设方面： 构建不同材料的基础数据库、数据的标准化以及它们的共享系统；拓展云计算技术在材料研发中的作用，包括远程数据存储与共享；通过数字化数据库建设，联系科学家与工程师共同高效开发新材料。因此，材料腐蚀信息学可以看作是材料腐蚀基因工程的基础。

    材料腐蚀信息学的框架结构主要包括四部分。第一部分是基础数据库部分， 即材料腐蚀基本数据库结构的标准化，非数据化的库结构正在成为主流。第二部分是腐蚀数据挖掘与建模部分，主要涉及到海量腐蚀数据的加工、分析与挖掘，通过以上的分析解决规律研究、机理分析和预测等关键问题，这是材料腐蚀信息学最关键的部分，主要手段是利用不断发展的新型数学分析与计算工具来实现以上工作， 例如有限元分析技术、神经网络元分析技术、灰色系统理论、支持向量机SVM等。第三部分是腐蚀过程的模拟与仿真，虽然有关材料腐蚀过程的模拟与仿真只有十多年的发展历史，但是表现出超强的生命力和活力，在不远的将来，一定可以部分取代，甚至完全取代耗时、污染、繁杂和花费大的现场腐蚀试验，用虚拟的过程真实的数据反映真实的材料腐蚀过程是材料腐蚀信息学的重要研究内容之一。这种基于实验基础的模拟仿真也是材料腐蚀基因组工程的主要内容之一。第四部分是腐蚀数据共享及其平台工程应用案例部分，这是建立材料腐蚀信息学的终极目的。

    材料腐蚀信息学及其基因组工程正是数据库理论与技术、各种新型的数学分析工具、材料腐蚀数据积累、腐蚀规律与机理的实验研究与理论建模、模拟与仿真学科的最新发展成果、云计算和物联网等理论与技术交叉融合的结果，也是大数据时代，材料腐蚀学科发展的必然趋势与结果。