2025年12月，英国亨利•罗伊斯研究所发布《材料4.0国家框架》，首次为数字化材料生态系统提出一套通用的定义和结构体系^[1]。材料4.0是材料创新的数字化支柱，通过系统、全面地引入材料4.0相关工具与实践，有望加速并变革英国乃至全球的材料创新进程。

1、材料4.0概念。材料4.0被定义为材料领域向数字化赋能转型的总体概念，其基础是一个材料信息学框架，整合了材料建模、大数据、人工智能与机器学习、计算模拟、制造信息学、生命周期与循环经济模拟等多方面能力。材料4.0已成为英国国家材料创新战略中，能源方案、未来医疗、结构创新、先进表面技术、下一代电子电信及传感、包装与特种聚合物等众多领域的核心交叉主题。

2、材料4.0框架。材料4.0框架设计灵活，可广泛适配功能聚合物、复合材料和基础钢材等多种材料类型；覆盖材料价值链的所有环节，包括材料设计、制造、回收与处置全流程；能够处理各类材料数据，包括材料发现阶段的实验数据、运行中的原位分析数据等；并涵盖实现材料4.0所需的一系列技术。材料4.0通过数据属性、基础设施、算法模型、数字工具等四大数字化核心能力赋能并重塑材料的全生命周期，为每个环节提供支持。材料全生命周期对应九步价值链，涵盖：原材料提取→材料与工艺研发设计→合成、表征与计量→放大与材料生产→产品开发→产品制造→测试、检验与认证→在役使用与维护→循环利用（5R原则）。该框架借助相应基础设施、算法与数字工具，推动材料价值链各环节间数据的无缝流动，有望加速材料创新应用、降低稀缺原材料依赖、促进清洁低废制造、支持循环经济减少环境影响，最终提升国家经济竞争力与产业韧性。

为展示材料4.0的实际潜力，报告重点列举了5项拟作为典范发展的战略应用，包括风力涡轮叶片复合材料、电池材料、可持续包装、涂层与涂料用功能性聚合物以及核用钢材等。

报告指出，当前发展重心过于集中在算法、建模与发现工具上，而数据本体、材料数据属性及数字基础设施等关键基础仍较为薄弱。因此，报告提出两项优先任务：一是制定并实施实用的数据标准与基础设施，以弥补短板，并与英国在算法和数字工具上的现有投资形成配套；二是推动跨行业学习与互操作性建设。         

                （冯瑞华）