计算材料科学是一门综合了材料科学、物理学、计算机科学、数学、化学以及机械工程等学科的交叉前沿技术。计算材料是相对于材料实验研究的另一种发现新材料和探索材料性能的重要研究方法，其研究范围包括表面、界面、聚合物、复杂液体以及各种晶体缺陷（如位错）等，研究的空间尺度跨越了电子、原子、介观和宏观层面。近年来，包括美国在内的发达国家越来越重视在产品开发和设计中采用计算机设计和模拟技术。

本报告综合梳理了国际主要国家如美国、欧盟及其成员国、日本、新加坡，以及中国等在计算材料领域的相关规划和战略。阐述了各空间尺度上采用的不同计算材料方法，计算材料近年来的研究进展，以及计算材料技术在工业设计和生产方面的应用情况，并通过文献计量方法分析了各种计算材料方法的研究材料类型和材料性质。最后对我国计算材料技术的发展提出了建议。

计算材料的主要计算方法包括第一原理计算、分子动力学方法、蒙特卡罗方法、相场动力学方法，以及有限元方法等，这些方法分别适用于不同物质尺度的材料分析。本文针对这些方法分别进行了文献计量，分析结果显示出，美国在各种研究方法上均处于领先地位，德国、日本、法国、英国也有较强实力；美国能源部各国家实验室在计算材料领域具有很强的研究实力，德国马普学会、法国科研中心、俄罗斯科学院和中国科学院在部分研究方法中的表现也较为突出；在研究对象上，碳基材料、半导体材料和磁性材料是计算材料领域研究最多的材料类型，而晶体生长、材料的缺陷、电子结构等分别是各种研究方法最为关心的研究问题。

集成计算材料工程（ICME）作为一种新兴的，集成了计算工具获取的材料信息，以及工程产品性能分析和制造工艺模拟的综合技术，得到了产业界的高度重视，本文简要阐述了集成计算材料工程技术中的关键要素：实验、数据库和集成工具的发展，以及未来ICME技术的发展趋势和技术挑战。

本文最后对我国计算材料技术的发展提出了一些建议：

（1）重视前瞻布局，做好大型、高性能计算基础设施的部署和规划，如软件、应用程序、材料数据库等；

（2）开发材料集成计算与模拟工具、计算基础设施，助力高级科学发现；

（3）建立服务国家战略和需求的学科领域项目计划，结合材料计算和模拟技术解决社会重大问题；

（4）加快集成计算工具和方法的工业应用，降低产品的开发成本，提高生产效率；

（5）借鉴国外经验，加强国际和国内合作。