MAX相（化学式M_n+1AX_n）是一类兼具金属与陶瓷特性的三元层状材料，具有丰富的元素组成、多样的化学成键和独特的晶体结构，在高温承载结构、电力传输机构、摩擦磨损器件、核用包壳材料等应用领域受到广泛关注。然而，其庞大的化学组合空间让实验探索犹如“大海捞针”。传统依赖实验试错的研发模式效率低、成本高，制约了新型MAX相材料的发现。

科学研究范式的不断演进，折射出人类对自然规律理解认知的加深（图1）：从早期的实验试错，到理论模型的构建，再到计算科学的兴起，每一次范式的转变都极大提升了研究效率。当前，科学研究正迈入新的阶段，大量从宏观到微观、自然观测到实验表征、计算分析到模拟仿真所产生的科学数据催生了“数据驱动”研究策略的兴起。科学家们不仅通过对广泛数据实时、动态的监测与分析来解决难以驾驭或不可触及的科学问题，更是把数据作为科学研究的对象和工具，基于数据来思考、设计和实施科学研究。数据不仅是科学研究的结果，更是变成科学研究的基础；人们不仅关心数据的描述、组织、保存、访问、复用，更关心如何利用其内在的交互性、开放性，并实现数据的可知识对象化、可计算化，进而构建起基于数据的研究与创新模式。

中国科学院宁波材料技术与工程研究所先进核能材料实验室长期从事结构与功能一体化的新型MAX相材料探索与创制，已在Science、Nature Materials、Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America、Journal of the American Chemical Society、Advanced Materials 等高水平学术期刊发表论文100余篇，近年来，实验室积极推进数据科学方法赋能实验、计算、建模与仿真，打破传统以经验积累和循环试错为特征的“经验寻优”的研究方式，建立起集实验、理论、计算和数据于一体的“理性设计”研究模式，进而提升MAX相材料的研发效率，支持能源领域的可持续发展。

在前期工作中，实验室发展了基于数据驱动的结构映射方法，提出了影响MAX 相形成能力的两个关键设计变量（电子浓度因子 & 几何结构因子）并确定其表达形式，在此基础上构建了可用于MAX相材料可形成能力快速判断，进而指导高效开发新型MAX 相的二维结构映射图（Materialia 2020, 12, 100810; Ceram. Int. 2024, 50, 2855; AI Mater. 2025, 1, 0008）。借助初版结构映射图的辅助（Materialia 2020, 12, 100810，图2），实验室已成功实现了多种新型MAX相材料的开发，包括：Zr₂SeC、Ta₂CoC、Ta₂FeC、Nb₂FeC、Ti₂FeN、Sc₂SnC、V₂SnC等（J. Eur. Ceram. Soc. 2021, 41, 4447; Appl. Phys. Rev. 2021, 8, 031418; Nano-Micro Lett. 2021, 13, 158; J. Inorg. Mater. 2021, 36, 773; Adv. Sci. 2023, 10, 2206877; J. Phys. Chem. Lett. 2023, 14, 481; Small 2024, 20, 2401022，图3）。新版结构映射图（Ceram. Int. 2024, 50, 2855，图4）综合考虑了MAX相材料共棱八面体的结构特征，通过更新几何结构因子的表达，并将多元MAX相材料纳入分析（Ceram. Int. 2024, 50, 2855，图5），将结构映射图的划分准确率由92.1%进一步提升至95.5%。

近期，实验室在学术期刊 AI & Materials 上发表综述文章（AI Mater. 2025, 1, 0008），系统介绍了运用计算方法探索 MAX 相领域以发掘新型候选材料的历史脉络和最新进展，详细讨论了高通量第一性原理计算方法和结构映射策略在探索新型MAX相中所发挥的不同作用。文章指出，相比于第一性原理计算的解析方法，结构映射提供了对 MAX 相形成可能性的快速区分，进而为系统筛选潜在的 MAX 相提供了有用的初始指导原则，是解决MAX 相元素组合设计中阶乘复杂性问题的强大工具。

上述研究得到了国家自然科学基金（U23A2093、22206193），浙江省“尖兵”“领雁”计划（2022C01236），宁波市“科创甬江2035”关键技术项目（2024Z284）的支持。

图1 科学研究范式的不断演进

图2 初版结构映射图（Materialia 2020, 12, 100810）

图3 初版结构映射图所预测的新型MAX相被后续实验所验证

图4 更新几何结构因子表达的新版结构映射图（Ceram. Int. 2024, 50, 2855）

图5 新版结构映射图，并将多元MAX相材料纳入分析（Ceram. Int. 2024, 50, 2855）

（先进核能材料实验室）