國家自然科學基金委員會關(guān)于發(fā)布“十三五”第五批重大項目指南及申請注意事項的通告
國家自然科學基金委員會（以下簡稱自然科學基金委）根據(jù)《國家自然科學基金“十三五”發(fā)展規(guī)劃》優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域和新時代科學基金深化改革戰(zhàn)略部署，在深入研討和廣泛征求科學家意見的基礎(chǔ)上，現(xiàn)發(fā)布“十三五”第五批8個科學部63個重大項目指南，請申請人及依托單位按重大項目指南中所述的要求和注意事項提出申請。
全文鏈接：
http://www.nsfc.gov.cn/publish/portal0/tab434/info78444.htm
本文節(jié)選了化學科學部、工程與材料學部重大項目指南如下：
化學科學部重大項目指南
2020年化學科學部共發(fā)布8個重大項目指南，擬資助6個重大項目。項目申請人申請的直接費用預算不得超過1800萬元/項。申請書的附注說明選擇相關(guān)重大項目名稱，例如“非常規(guī)激發(fā)染料的構(gòu)效調(diào)控及產(chǎn)品工程科學基礎(chǔ)”。
“非常規(guī)激發(fā)染料的構(gòu)效調(diào)控及產(chǎn)品工程科學基礎(chǔ)”
重大項目指南
染料對光的選擇性吸收是其本征特性，因而總是與光記錄、光存貯、光顯示及光成像直接聯(lián)系，是多個新興產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵化學品。隨著相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展，染料分子在常規(guī)條件下的激發(fā)態(tài)行為和能量弛豫規(guī)律逐步被揭示出來。但在極端條件下，特別是在高光子能量（如極紫外）和低光子能量（如近紅外、超聲波、偏振光）等非常規(guī)條件下，對染料分子激發(fā)態(tài)的形成、調(diào)控和應(yīng)用研究極為薄弱。極紫外可以提供高的分辨率、超聲波能提供更深的穿透力，這些賦予了非常規(guī)激發(fā)染料特殊的應(yīng)用功能。因此，拓展傳統(tǒng)紫外-可見光波長范圍的染料波長，開展非常規(guī)激發(fā)和吸收染料分子的研究，對于光刻、顯示等新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展，具有重要意義。
一、科學目標
項目擬圍繞非常規(guī)激發(fā)染料結(jié)構(gòu)-性能調(diào)控的關(guān)鍵科學問題，特別是在高能量光子（極紫外）和低能量光子（近紅外、超聲、偏振光）等特種激發(fā)條件下，染料分子對激發(fā)能的吸收和響應(yīng)規(guī)律，通過分子結(jié)構(gòu)精準設(shè)計、調(diào)控激發(fā)態(tài)的能量釋放途徑（如發(fā)光、電子轉(zhuǎn)移、能量轉(zhuǎn)移、催化反應(yīng)等），實現(xiàn)光刻、顯示等新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的產(chǎn)品分子設(shè)計創(chuàng)新，為支撐相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供科學與技術(shù)基礎(chǔ)。
二、研究內(nèi)容
（一）非常規(guī)激發(fā)理論及分子體系設(shè)計。
非常規(guī)激發(fā)染料的激發(fā)效率是實現(xiàn)功能的基礎(chǔ)。重點研究在高光子能量或低光子能量條件下，不同分子的激發(fā)響應(yīng)性，包括形成激發(fā)態(tài)的效率、光引發(fā)的電子轉(zhuǎn)移、能量轉(zhuǎn)移或化學反應(yīng)效率；揭示分子結(jié)構(gòu)與目標性能(包括耐受性)之間的規(guī)律，形成若干性能優(yōu)異的染料母體分子平臺，為產(chǎn)品分子設(shè)計提供理論依據(jù)。
（二）極紫外光刻材料設(shè)計及制備。
聚焦極紫外光敏分子結(jié)構(gòu)與極紫外光吸收截面的關(guān)系，探索極紫外光引發(fā)的新型分解或聚合反應(yīng)、過程中電子或能量轉(zhuǎn)移形成的催化機制，研究新型結(jié)構(gòu)的極紫外光敏分子及其光刻膠的制備、生產(chǎn)過程對超高分辨率性能的影響因素，形成新型極紫外光刻膠的關(guān)鍵生產(chǎn)工藝，為其規(guī)?；a(chǎn)提供科學技術(shù)基礎(chǔ)。
（三）功能染料工程化及其在光電材料中的應(yīng)用基礎(chǔ)。
分子的穩(wěn)定性是染料工程化應(yīng)用的前提。需揭示“光-熱-機械”復雜穩(wěn)定性與染料分子結(jié)構(gòu)的映射機制，包括不同光能量、熱效應(yīng)和機械效應(yīng)對染料穩(wěn)定性和應(yīng)用性能的調(diào)控規(guī)律，研究染料分子結(jié)構(gòu)對光刻膠流變學性能和對光引發(fā)劑光化學反應(yīng)性能的影響機制，探索提高彩色光刻膠分辨率的有效途徑，建立與終端產(chǎn)品服役條件相一致的工程技術(shù)體系和可靠性評價準則。
“分子光子學材料與激發(fā)態(tài)過程調(diào)控”
重大項目指南
光子學是研究以光子作為信息和能量載體的科學，涉及光的產(chǎn)生、傳輸、探測、放大和顯示等應(yīng)用。和無機光子學材料相比，分子光子學材料在光學性能、柔性加工和生產(chǎn)成本等方面展現(xiàn)出獨特的優(yōu)勢。設(shè)計合成同時具備優(yōu)異光學性質(zhì)和電荷輸運能力的分子材料，從微觀角度深入認識分子材料中的激發(fā)態(tài)過程，結(jié)合器件構(gòu)型設(shè)計優(yōu)化制備工藝和性能指標，將推動分子光子學材料在相關(guān)產(chǎn)業(yè)尤其是新型顯示領(lǐng)域的應(yīng)用?！胺肿泳奂瘧B(tài)下特異性激發(fā)態(tài)過程對光子學性能的調(diào)控機制”與?“不同光子學功能中涉及的激子與光子的相互作用原理”是分子光子學研究中的關(guān)鍵科學問題?！靶滦凸庾訉W分子的理性設(shè)計與高效合成”與“光子學功能導向的分子材料組裝與器件集成”是本領(lǐng)域的重大需求。本重大項目旨在聯(lián)合分子材料合成、激發(fā)態(tài)理論、光譜學和光電器件等方面的科學家進行攻關(guān)，從微觀角度深入認識分子材料中的激發(fā)態(tài)動力學過程，結(jié)合器件構(gòu)型設(shè)計，優(yōu)化制備工藝和性能指標，發(fā)揮分子光子學材料在光學性能、溶液加工、柔性集成等方面展現(xiàn)出獨特的優(yōu)勢，推動分子光子學在相關(guān)產(chǎn)業(yè)尤其是新型顯示領(lǐng)域的應(yīng)用。
一、科學目標
以有機分子特有的“單線態(tài)和三線態(tài)激子過程調(diào)控”為主線，聚焦新材料合成制備和高性能器件集成兩大方向，解析微納體系中激發(fā)態(tài)物理化學過程，指導新型分子光子學材料骨架結(jié)構(gòu)及其微納晶體的設(shè)計合成，拓展高性能有機微納激光和有機電致發(fā)光在顯示器件方面的應(yīng)用。以此為基礎(chǔ)，形成在國際上有重要影響的研究團隊，提升我國在分子光子學前沿交叉方向上的整體水平。
二、研究內(nèi)容
本項目圍繞“分子光子學材料的結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系”開展以下研究：
（一）高性能光子學材料的分子設(shè)計與可控合成。
以調(diào)控分子能級與激發(fā)態(tài)過程為導向，設(shè)計合成兼具高載流子遷移率和高固態(tài)發(fā)光效率的分子光子學材料；通過調(diào)控分子間弱相互作用充分運用其組裝性能，制備形貌、結(jié)構(gòu)和性能可控的分子聚集體，為發(fā)展分子光子學奠定材料基礎(chǔ)。
（二）有機微納體系的激發(fā)態(tài)調(diào)控與過程研究。
準確理解分子光子學材料體系中激發(fā)態(tài)動力學、載流子擴散動力學和能級調(diào)控等理論，揭示其中載流子傳輸性能和光學特性之間的平衡和制約關(guān)系；通過光、電、磁和熱等多種外場手段強化激發(fā)態(tài)下的激子傳輸與電子轉(zhuǎn)移和能量傳遞過程，以及激子和光子的強相互作用與耦合過程。
（三）高性能有機微納激光材料與器件。
在新型分子光子學材料中實現(xiàn)覆蓋可見光譜的受激輻射，設(shè)計新的微納結(jié)構(gòu)單元作為光學諧振腔，得到激光波長和模式可調(diào)可控的有機微納激光；開發(fā)微納晶定向圖案化制備新工藝，發(fā)展微納激光陣列大面積集成方法，探索基于分子光子學材料的激光平板顯示技術(shù)。
（四）有機分子電致發(fā)光與顯示器件。
以分子光子學的激發(fā)態(tài)動力學為指導，設(shè)計制備高激子利用率和窄譜帶發(fā)射的發(fā)光器件；構(gòu)建全新的器件模型，探索激發(fā)態(tài)傳輸及電荷陷阱效應(yīng)等基本物理過程和規(guī)律，完善和發(fā)展電致發(fā)光和分子器件的相關(guān)理論，展示分子光子學材料在顯示原型器件上的應(yīng)用。
“電解水制氫與綠色化工耦合的科學基礎(chǔ)”重大項目指南
面向可再生能源高效利用和綠色化工的重大需求，針對電解水與綠色化工耦合所涉及的關(guān)鍵科學問題，研究電解水過程中活性物種的生成與調(diào)控、電解水與有機物氧化還原反應(yīng)的耦合過程，探究多尺度流動與傳遞對電化學過程的影響機制，構(gòu)建若干規(guī)?；娊馑c有機物合成耦合反應(yīng)體系，形成能源化學與綠色化工領(lǐng)域新的發(fā)展方向。
一、科學目標
通過高效電解水耦合加氫/氧化的催化過程，實現(xiàn)碳-氫鍵、碳-鹵鍵、碳-碳鍵以及碳-氧鍵等的定向轉(zhuǎn)化，揭示電/光電作用下電極界面氫氧等中間物種的生成機理及其與有機物反應(yīng)途徑，建立選擇性合成高附加值產(chǎn)物的實驗方法和理論體系，構(gòu)建電解水耦合化工產(chǎn)品綠色合成系統(tǒng)；發(fā)展新型光電化學反應(yīng)器，闡明多相反應(yīng)過程中的流動、混合、傳遞對能量與物質(zhì)轉(zhuǎn)化的作用規(guī)律，實現(xiàn)新能源利用與綠色化工耦合的應(yīng)用示范。
二、研究內(nèi)容
（一）電解水耦合氧化與高效制氫。
針對規(guī)模制氫與大宗化學品生產(chǎn)的耦合，研究多相界面活性氧生成與轉(zhuǎn)化機理，以電極組成和界面性質(zhì)調(diào)控活性氧在陽極表面的濃度、活性和能量，匹配有機物在電極表面的傳質(zhì)吸附特征和氧化反應(yīng)能級；發(fā)展新型結(jié)構(gòu)化電極，實現(xiàn)有機相、水相和氣相在電極表界面的均勻分布、高效傳遞與反應(yīng)耦合；研究有機相對隔膜性能的影響，提高隔膜穩(wěn)定性；研究陽極活性氧的快速轉(zhuǎn)化對水分解制氫過程的促進作用，并在工程化研究裝置上實現(xiàn)耦合氧化高效制氫。
（二）電解水耦合加氫與氧化。
針對陰極制氫與耦合加氫之間的轉(zhuǎn)換，利用活性氫和活性氧分別對有機底物進行加氫和氧化，合成高端精細化學品，提高能量和物質(zhì)的利用效率；研究陰極活性氫的生成及其析氫/加氫反應(yīng)的競爭機制，提高目標產(chǎn)物選擇性；根據(jù)陰極和陽極反應(yīng)的反應(yīng)機制和動力學特性，設(shè)計新型電極及反應(yīng)器，優(yōu)化操作條件、探索成對電合成反應(yīng)體系中電解反應(yīng)與產(chǎn)物分離的協(xié)同機制。
（三）光電協(xié)同分解水與氧化/加氫耦合。
研究光促電解水制活性氧/氫和有機物選擇性氧化/加氫的新型綠色合成方法，探究光電極對光子的能量利用以及動力學，揭示光促電解水的本征活性和動力學過程對有機反應(yīng)選擇性調(diào)控的內(nèi)在機制，進一步促進水分解和有機物氧化/還原的耦合。
（四）制氫耦合綠色化工的過程強化與系統(tǒng)集成。
研究多尺度流動、混合和傳遞特性對電化學反應(yīng)的影響，獲得從電極、單池到系統(tǒng)的反應(yīng)與傳遞耦合規(guī)律；研究反應(yīng)與分離耦合機制，揭示系統(tǒng)內(nèi)單元結(jié)構(gòu)與性能的影響，確定單元間的銜接原則，建立電化學耦合反應(yīng)系統(tǒng)的放大模型與設(shè)計方法，實現(xiàn)1~2個耦合反應(yīng)體系工程化示范。
“固體結(jié)構(gòu)的化學調(diào)控與功能強化”重大項目指南
固體物質(zhì)在信息、能源、國防、機械、電子、醫(yī)學等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。物質(zhì)的性能不僅取決于化學組成、相態(tài)、晶體結(jié)構(gòu)，還受限于局域結(jié)構(gòu)、化學有序、電荷有序、磁有序等。針對關(guān)系國家重大需求的電輸運材料、鐵電/鐵磁體、儲能材料等，利用先進大科學裝置，多層次揭示固體材料結(jié)構(gòu)與功能間的關(guān)系，運用化學手段調(diào)控固體結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)性能顯著提升或獲得新功能。
一、科學目標
通過極端條件合成、化學壓力（Chemical Pressure）、缺陷設(shè)計和復相匹配等手段，實現(xiàn)對固體結(jié)構(gòu)的化學調(diào)控；充分利用現(xiàn)代表征技術(shù)和方法，解析固體的晶體結(jié)構(gòu)、局域結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)和聲子結(jié)構(gòu)等；創(chuàng)制系列新型電輸運、高性能鐵電/鐵磁、高效儲能等新型固體功能材料。
二、研究內(nèi)容
（一）極端條件下特殊功能固體材料的合成。
在高溫、高壓或超強外場下，合成常規(guī)條件下難以得到的特殊結(jié)構(gòu)和功能的固體材料；發(fā)展基于次級結(jié)構(gòu)、堆積模塊等合成砌塊的可控合成方法，在多元體系中篩選超導、快離子導體、高能量密度等特殊功能材料，揭示其反應(yīng)歷程。
（二）化學壓力調(diào)控結(jié)構(gòu)與強化功能。
利用相界面應(yīng)變、異質(zhì)化學元素引起的局域結(jié)構(gòu)畸變、離子調(diào)控等化學壓力方法，實現(xiàn)晶體結(jié)構(gòu)及晶格應(yīng)變的微觀尺度調(diào)控，建立化學壓力調(diào)控結(jié)構(gòu)的精準化學合成方法，揭示固體中元素分布、化學有序、電荷有序、化學成鍵和晶格變化，闡明結(jié)構(gòu)-相態(tài)-性能的關(guān)聯(lián)。
（三）缺陷調(diào)控結(jié)構(gòu)與新型電輸運固體。
通過化學摻雜、拓撲反應(yīng)和玻璃結(jié)晶等多種途徑，系統(tǒng)研究固體材料中缺陷的可控引入及其對晶體結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)的影響；結(jié)合多種技術(shù)手段建立缺陷組成、濃度、分布等表征方法；研究缺陷對固體材料中電子和離子輸運性質(zhì)的影響；從化學成鍵、離子間相互作用闡述固態(tài)離子導體中缺陷穩(wěn)定與離子遷移機制；基于缺陷在性能上的構(gòu)效關(guān)系，設(shè)計合成新型電子/離子導體等材料。
（四）復合固體結(jié)構(gòu)調(diào)控與電極材料功能強化。
發(fā)展復合固體結(jié)構(gòu)精準化學調(diào)控的新方法，研究單組分及復合固體結(jié)構(gòu)與電子態(tài)之間的協(xié)同效應(yīng)，以及軌道耦合、電荷轉(zhuǎn)移、局域結(jié)構(gòu)等對復合結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律；多層面認識能源復合固體材料的構(gòu)效關(guān)系，提出高效電極材料等復合固體的設(shè)計原則，合成具有協(xié)同功能增強效應(yīng)的電極復合材料。
“基于納米孔道電荷傳輸?shù)膯畏肿訂渭毎珳蕼y量”
重大項目指南
細胞中分子間通過電荷傳輸及能量有序交換發(fā)生的各類反應(yīng)都是在極小且擁擠的空域和極短的時域內(nèi)進行的，并控制著單個生物分子功能的執(zhí)行、反應(yīng)的精準調(diào)節(jié)以及能量的高效傳遞和轉(zhuǎn)化等。納米孔道限域空間提供了最逼近實際生命體系中分子反應(yīng)行為的場所，可實現(xiàn)在極短的時域內(nèi)進行單個分子的動態(tài)測量。然而，電子、質(zhì)子、離子及分子在納米孔道限域界面內(nèi)的傳輸，常常表現(xiàn)出與宏觀界面上完全不同的限域增強特性。因此，在生命分析中利用納米孔道的立體限域空間及瞬態(tài)電荷傳輸特性，可獲得極高的時空分辨，實現(xiàn)單分子、單細胞等單個體的精準測量，為進一步探索基礎(chǔ)生命化學領(lǐng)域新現(xiàn)象、新規(guī)律和新知識提供了新途徑。
本重大項目擬聚焦于具有納米級孔道結(jié)構(gòu)這一最基本的限域電荷傳輸界面，探索傳感界面結(jié)構(gòu)、電荷傳輸、測量精準度之間的內(nèi)在關(guān)系，提出原創(chuàng)的納米孔道測量新原理，將生命分析測量從宏觀界面推進到納米限域界面，從分子整體行為測量推進到單個分子、單個細胞差異性研究，有望成為現(xiàn)有基礎(chǔ)分析化學研究方法和理論進一步發(fā)展的突破口，催生和引領(lǐng)蛋白質(zhì)單分子測序、生物化學反應(yīng)動態(tài)測量以及高通量疾病早期篩查等方向的研究。
一、科學目標
項目圍繞“具有納米級孔道結(jié)構(gòu)”的限域電荷傳輸界面，突破現(xiàn)有對生命體系微弱瞬態(tài)過程測量的瓶頸，建立原創(chuàng)的納米孔道界面分析化學理論與方法，構(gòu)建具有單分子靈敏度和亞納米空間分辨能力的原位、無損納米孔道電荷傳輸測量器件，在單分子、單細胞水平上揭示電子、質(zhì)子、離子、分子等相互作用及其能量轉(zhuǎn)化過程，以期在單分子、單細胞水平上探索基礎(chǔ)生命化學。
二、研究內(nèi)容
（一）納米孔道測量界面的可控構(gòu)建。
以生物蛋白質(zhì)、無機材料、有機大分子等為基本構(gòu)筑單元，探索多元納米孔道化學結(jié)構(gòu)特征與電荷載體間的相互作用，發(fā)展空間限域電荷場擾動方法及可控單分子界面修飾方法，增強納米孔道測量界面內(nèi)多個探針基團的協(xié)同測量效應(yīng)，從而構(gòu)建每一個基團都精確可控的納米孔道測量界面。
（二）納米孔道單個體測量的機制研究。
探索傳感界面結(jié)構(gòu)、電荷傳輸、測量精準度之間的內(nèi)在關(guān)系，調(diào)控限域空間內(nèi)電子、質(zhì)子、離子、分子的傳輸過程，建立基于納米孔道界面電荷傳輸測量的特異性信號增強放大新機制，實現(xiàn)高通量、定性及定量測量生物分子的結(jié)構(gòu)變化、分子間相互作用變化及其引發(fā)的納米孔道界面內(nèi)電荷分布差異和瞬態(tài)能量變化等。
（三）納米孔道單細胞單分子原位測量研究。
發(fā)展適用于單個活細胞內(nèi)單個分子可控遞送和原位分析的方法，建立納米孔道單細胞成像測量的新方法和譜學研究的新策略，深度解析由單個分子引起的單細胞表型特征；發(fā)展納米孔道單分子計數(shù)與光學實時檢測新技術(shù)，實現(xiàn)生理濃度范圍單分子光學檢測，闡釋生物分子相互作用的單分子反應(yīng)機制和動力學，從而在單分子、單細胞水平實現(xiàn)疾病早期篩查。
（四）納米孔道界面的高時空分辨測量方法及系統(tǒng)。
突破現(xiàn)有生命分析方法的時空測量極限，發(fā)展具有高時空、高能量分辨，實時原位、無損的電子、電荷、離子測量新方法、新器件及新系統(tǒng)，在納米孔道限域測量界面上實現(xiàn)單個生物分子反應(yīng)中間體、反應(yīng)路徑、反應(yīng)選擇性等的瞬態(tài)測量，為蛋白質(zhì)單分子測序以及重要生物化學反應(yīng)研究提供技術(shù)支撐。
“面向重要化工分離的金屬-有機框架材料設(shè)計及過程
調(diào)控機制”重大項目指南
分離是化工生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)之一。以烷烴/烯烴分離（如乙烷/乙烯等）、同分異構(gòu)體分離（如正構(gòu)烴/異構(gòu)烴等）、二氧化碳捕獲為代表的工業(yè)分離過程，其規(guī)模均在千萬噸級，關(guān)系經(jīng)濟社會發(fā)展及國家戰(zhàn)略需求。傳統(tǒng)熱驅(qū)動分離過程能耗高，若以非熱驅(qū)動的吸附或膜分離過程替代熱驅(qū)動分離過程，可望大幅度降低能耗。金屬-有機框架材料擁有龐大的組分/結(jié)構(gòu)單元庫，其可設(shè)計性為吸附與膜分離帶來機遇。然而，金屬-有機框架材料目前尚未實現(xiàn)分離工業(yè)應(yīng)用，亟待在基礎(chǔ)科學與工程技術(shù)方面取得突破。本指南以重要的化工分離過程為導向，擬圍繞金屬-有機框架材料設(shè)計、吸附材料/分離膜可控制備、過程調(diào)控機制等關(guān)鍵科學問題，實現(xiàn)高效、高選擇性、高穩(wěn)定性分離，推動分離科學與技術(shù)的理論創(chuàng)新與技術(shù)進步。
一、科學目標
以金屬-有機框架材料設(shè)計制備與重要工業(yè)分離過程調(diào)控為核心，揭示吸附分離與膜分離機理，建立分離材料組成-結(jié)構(gòu)-性能設(shè)計方法；提出吸附材料與分離膜晶粒/晶界調(diào)控策略，突破分離通量與選擇性的博弈限制；開展放大制備與組件集成研究，為金屬-有機框架材料吸附與膜分離的工業(yè)應(yīng)用提供科學支撐。
二、研究內(nèi)容
（一）金屬-有機框架材料精準設(shè)計與制備。
基于計算化學、“網(wǎng)格化學”及構(gòu)筑模塊策略，開展材料分子基元組成、拓撲結(jié)構(gòu)、微觀孔結(jié)構(gòu)設(shè)計；基于先進晶體工程手段，實現(xiàn)材料高通量制備與結(jié)構(gòu)表征；基于探針分子吸附，揭示材料與被分離分子相互作用機制及動態(tài)響應(yīng)規(guī)律，建立理論與實驗相結(jié)合的晶體材料構(gòu)筑方法，創(chuàng)制具有工業(yè)應(yīng)用前景的吸附與膜分離材料。
（二）金屬-有機框架吸附材料結(jié)構(gòu)調(diào)控與分離應(yīng)用。
基于分子構(gòu)筑單元設(shè)計，實現(xiàn)材料孔道結(jié)構(gòu)、表面基團定向調(diào)控；基于單組分靜態(tài)吸附與多組分動態(tài)分離的系統(tǒng)評價體系，開展吸附材料分離性能和構(gòu)效關(guān)系研究，獲得吸附分離熱力學、動力學規(guī)律，反饋指導材料精準設(shè)計與吸附性能調(diào)控，實現(xiàn)烷烴/烯烴分離等體系的工業(yè)性試驗；完成吸附材料的規(guī)?；苽浼拔椒蛛x過程的設(shè)計，為突破其在吸附分離工業(yè)中的應(yīng)用提供科學基礎(chǔ)。
（三）金屬-有機框架分離膜可控制備與分離應(yīng)用。
基于微區(qū)反應(yīng)設(shè)計與分子組裝技術(shù)，實現(xiàn)分離膜孔結(jié)構(gòu)、擇優(yōu)取向、堆砌單元、晶界結(jié)構(gòu)的精準調(diào)控，創(chuàng)新膜的工程化制備方法；在工業(yè)性實驗裝置上開展操作條件（溫度、壓力等）可控的多組分膜滲透分離在線評價，深入揭示膜分離機制，突破分離通量與選擇性的博弈限制，獲得工程放大規(guī)律；完成分離膜放大制備與組件集成設(shè)計，實現(xiàn)二氧化碳捕獲等工業(yè)應(yīng)用示范。
“面向?qū)W科前沿交叉的金屬卡賓化學”重大項目指南
金屬卡賓結(jié)構(gòu)獨特，其反應(yīng)具有高效、多樣以及可控等特點，受到人們的極大關(guān)注，相關(guān)研究對于合成化學、化學生物學以及有機材料等領(lǐng)域產(chǎn)生重要影響。對于金屬卡賓的結(jié)構(gòu)及其性質(zhì)的理解不僅是金屬有機化學基礎(chǔ)理論研究的核心內(nèi)容，也是發(fā)展具有高效性和多樣性的合成反應(yīng)的關(guān)鍵。金屬卡賓豐富的反應(yīng)性也為其在前沿交叉領(lǐng)域的應(yīng)用帶來新的機遇和挑戰(zhàn)。
一、科學目標
針對金屬卡賓的特性以及目前該領(lǐng)域發(fā)展的現(xiàn)狀，本項目以探討新型金屬卡賓的發(fā)現(xiàn)及產(chǎn)生、結(jié)構(gòu)以及反應(yīng)性為出發(fā)點，發(fā)展基于金屬卡賓的新反應(yīng)、新方法，拓展其在功能有機分子合成、高分子聚合、藥物合成以及化學生物學等交叉領(lǐng)域中的應(yīng)用。通過項目的實施，推動合成化學以及結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展，并通過金屬卡賓化學與生命科學的銜接為生物大分子化學修飾，化學蛋白質(zhì)組學以及新藥研發(fā)等提供新工具和新技術(shù)。形成一支在國際上具有重要影響的研究隊伍，進一步鞏固我國在金屬卡賓領(lǐng)域的國際影響力。
二、研究內(nèi)容
（一）新型金屬卡賓的合成及其結(jié)構(gòu)、反應(yīng)性研究。
圍繞過渡金屬催化的卡賓轉(zhuǎn)移機理研究，設(shè)計、合成、表征一系列活潑的金屬卡賓中間體，包括鐵卡賓、鈷卡賓、鎳卡賓、銅卡賓、釕卡賓、鋨卡賓、鈀卡賓、金屬烷基卡賓以及金屬雙卡賓等；進一步通過實驗和理論計算等手段，獲取金屬卡賓的結(jié)構(gòu)信息和提出新的反應(yīng)模式。研究含氟卡賓與含氟金屬卡賓的合成、結(jié)構(gòu)表征及其在含氟有機分子合成中的應(yīng)用。
（二）基于金屬卡賓的碳-碳鍵以及碳-雜原子鍵構(gòu)建。
發(fā)展基于金屬卡賓的碳-碳鍵以及碳-雜原子鍵構(gòu)建新方法，包括金屬卡賓參與的碳-碳鍵選擇性切斷與重組、碳-氫鍵的官能化、金屬卡賓的不對稱催化反應(yīng)等。研究金屬卡賓反應(yīng)在高分子聚合中的應(yīng)用，包括卡賓經(jīng)典反應(yīng)以及卡賓偶聯(lián)反應(yīng)為基礎(chǔ)的高分子聚合，過渡金屬催化的卡賓聚合、卡賓－烯烴共聚等。研究金屬卡賓反應(yīng)在高分子后官能化中的應(yīng)用。
（三）金屬卡賓反應(yīng)在新藥研發(fā)以及化學生物學中的應(yīng)用。
發(fā)揮金屬卡賓反應(yīng)類型多樣性的特點，開發(fā)具有生物兼容性的高效金屬卡賓反應(yīng)，為生物大分子化學修飾提供具有化學特征的新工具和新技術(shù)，為新藥研發(fā)提供基礎(chǔ)性和前瞻性的科學技術(shù)儲備。包括應(yīng)用金屬卡賓參與的多組分反應(yīng)實現(xiàn)生物活性小分子的多樣性合成、應(yīng)用金屬卡賓反應(yīng)對藥物及生物活性分子進行后期修飾以及開發(fā)針對動態(tài)修飾的新藥物靶標和相應(yīng)的干預小分子、基于金屬卡賓開發(fā)新一代化學蛋白質(zhì)組學工具探針等。
“鋰同位素萃取分離的科學、技術(shù)與應(yīng)用”重大項目指南
鋰同位素是十分重要的能源材料和國防戰(zhàn)略物資。在清潔新能源領(lǐng)域，鋰同位素是新一代釷基熔鹽裂變堆、可控熱核聚變堆和壓水反應(yīng)堆中的核心原料及調(diào)節(jié)劑。隨著我國先進核能的快速發(fā)展，尋找更安全、更高效、易于工業(yè)化放大生產(chǎn)的鋰同位素分離方法迫在眉睫。本項目采用“基礎(chǔ)研究—應(yīng)用研究—產(chǎn)業(yè)化”貫通式研究模式，開展有機萃取法分離鋰同位素的科學、技術(shù)與應(yīng)用研究。通過有機化學、物理化學、分離工程、人工智能、自動化控制等多學科交叉融合，解決萃取分離過程中的萃取劑分離效率低、穩(wěn)定性不足、合成制備難、萃取分離機制不明確、萃取串級工藝難等重要科學與技術(shù)難題。促進有機萃取法分離鋰同位素的新方法在基礎(chǔ)理論和工程化應(yīng)用方面上升到新的高度，促使原始創(chuàng)新技術(shù)在滿足國家重大需求的任務(wù)中發(fā)揮重要科技支撐作用。
一、科學目標
本項目圍繞鋰同位素萃取分離過程中的科學、技術(shù)與應(yīng)用關(guān)鍵問題，從發(fā)展新型、高效的萃取劑和可實用化萃取工藝為核心，解決從基礎(chǔ)研究到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用過程中的關(guān)鍵科學和技術(shù)問題。闡明鋰離子在不同介質(zhì)間轉(zhuǎn)移的能量變化與動力學規(guī)律；揭示有機萃取劑分子結(jié)構(gòu)與同位素分離性能的重要構(gòu)效關(guān)系；闡明萃取劑分子在長期酸、堿、氧氣以及輻照等條件下的降解規(guī)律；設(shè)計并優(yōu)化萃取劑分子結(jié)構(gòu)，發(fā)展若干具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高性能新型萃取劑材料，鋰同位素分離系數(shù)α大于1.030，在連續(xù)萃取分離條件下能穩(wěn)定運行8000小時；發(fā)展串級萃取分離鋰同位素的化工工藝，實現(xiàn)連續(xù)多級鋰同位素的萃取富集濃縮，建設(shè)鋰同位素萃取分離的工業(yè)化示范線。
二、研究內(nèi)容
（一）萃取劑分子結(jié)構(gòu)設(shè)計、合成與性能評價。
通過分子模擬軟件設(shè)計并優(yōu)化新型萃取劑分子結(jié)構(gòu)；發(fā)展萃取劑分子的多樣性、高效性合成方法，批量制備專用萃取劑；利用氟原子和含氟基團的獨特效應(yīng)，開展有機萃取劑、協(xié)萃劑、稀釋劑等分子的高選擇性氟化方法研究，建立含氟萃取劑、協(xié)萃劑、稀釋劑等組成的獨特萃取體系；建立萃取劑分離鋰同位素的綜合性能評價方法，考察萃取劑的分離系數(shù)、分配系數(shù)、萃取負載量等指標；調(diào)節(jié)并優(yōu)化萃取體系的組分配方，揭示其對鋰同位素分離效率的影響規(guī)律（包括協(xié)萃劑、改質(zhì)劑、溶劑、鹽效應(yīng)等影響因素）；根據(jù)工業(yè)化應(yīng)用的要求，結(jié)合萃取劑分子的多方面性能，綜合評價并篩選得到綜合性能優(yōu)秀、適合于工業(yè)應(yīng)用的萃取劑分子。
（二）萃取分離機制及萃取劑結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系研究。
研究液-液兩相界面鋰離子遷移動力學；闡明兩種鋰同位素之間極化率、遷移率和溶劑化作用的差別；鋰離子在萃取介質(zhì)中的遷移、擴散及溶劑化過程中的復雜結(jié)構(gòu)和能量變化；鋰離子在不同萃取介質(zhì)間轉(zhuǎn)移的動力學規(guī)律；采用計算機模擬兩相鋰離子傳輸過程中的動力學和熱力學問題等。采用人工智能技術(shù)，研究萃取劑結(jié)構(gòu)與溶解性、同位素分離系數(shù)、萃取能力、轉(zhuǎn)相能力等之間的關(guān)系，并得出構(gòu)效關(guān)系規(guī)律；利用人工智能技術(shù)，對萃取劑的結(jié)構(gòu)與化學穩(wěn)定性、輻照穩(wěn)定性之間關(guān)系進行模擬，并得出構(gòu)效關(guān)系規(guī)律。
（三）有機萃取法分離鋰同位素的工業(yè)應(yīng)用。
研究不同類型萃取劑在長期化工應(yīng)用中的化學和輻照穩(wěn)定性，闡述萃取劑分子的在酸、堿、氧化以及輻照等條件下的降解規(guī)律及降解產(chǎn)物；研究萃取法分離鋰同位素的全流程串級萃取化工工藝；設(shè)計并優(yōu)化同位素分離專用離心萃取機的機械結(jié)構(gòu)及串級連接方式；研究串級萃取試驗過程中的自動化控制技術(shù)、工藝穩(wěn)定控制技術(shù)及產(chǎn)品的后處理純化技術(shù)；在多級串級萃取試驗裝置系統(tǒng)上，進行鋰同位素萃取分離的連續(xù)分離富集試驗，連續(xù)穩(wěn)定獲得富集產(chǎn)品；建設(shè)鋰同位素萃取分離的工業(yè)化示范線，開展工業(yè)應(yīng)用示范的技術(shù)研究。
工程與材料科學部重大項目指南
2020年工程與材料科學部共發(fā)布8個重大項目指南，擬資助8個重大項目。項目（含課題）負責人和主要參與者，要規(guī)范撰寫5篇代表目錄清單，與發(fā)現(xiàn)與原文標注不一致，將不予受理。項目申請人申請的直接費用預算不得超過1800萬元/項。
“金屬基復合材料構(gòu)型強韌化設(shè)計與宏量化制備科學”
重大項目指南
輕質(zhì)高強、多功能的先進金屬基復合材料可滿足結(jié)構(gòu)輕量化和結(jié)構(gòu)-功能一體化設(shè)計需求，是空天、電子、交通及國防等高科技領(lǐng)域發(fā)展不可替代的關(guān)鍵基礎(chǔ)材料。發(fā)展以結(jié)構(gòu)為首要因素的構(gòu)型化復合設(shè)計理念，是突破傳統(tǒng)金屬基復合材料強韌性失配瓶頸的有效途徑。通過多相多尺度增強體與金屬基體之間構(gòu)型化復合設(shè)計與制備，改善強度、模量與塑韌性之間的倒置關(guān)系，大幅度提高金屬基復合材料的加工和使役性能，為規(guī)?；苽浯笠?guī)格高性能金屬基復合材料提供理論依據(jù)和可實用化途徑，具有重要的意義。
一、科學目標
發(fā)展構(gòu)型化復合新原理，解析復合制備、加工成型過程中多相跨尺度復合構(gòu)型的構(gòu)筑演化規(guī)律，通過試驗和建模擬實揭示多相構(gòu)型化復合材料體系的微觀-細觀-宏觀跨尺度下的構(gòu)效關(guān)系，明確復合構(gòu)型與使役性能最優(yōu)化調(diào)控機理，建立復合構(gòu)型強韌化的跨尺度力學理論基礎(chǔ)，推動金屬基復合材料制備科學進步，實現(xiàn)大規(guī)格構(gòu)件的性能靶向設(shè)計與宏量化制備。
二、研究內(nèi)容
（一）多相多尺度金屬基復合材料微區(qū)協(xié)調(diào)變形機理。
研究多相多尺度復合材料界面及微區(qū)結(jié)構(gòu)性能定量表征方法，表征與分析多級復合界面及微區(qū)的超微納力學行為，揭示復合界面、微區(qū)結(jié)構(gòu)、性能及應(yīng)變局域化的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，解決多相多尺度復合材料界面匹配性設(shè)計的基礎(chǔ)性問題；研究復合構(gòu)型和界面與性能的內(nèi)在關(guān)系，揭示多相多尺度構(gòu)型化復合體系中組元間協(xié)調(diào)變形機理和強韌化機制，實現(xiàn)性能導向的復合材料智能化設(shè)計。
（二）多相多尺度金屬基復合材料的跨尺度力學理論。
將包含復合效應(yīng)的材料微結(jié)構(gòu)特征與力學計算相耦合，建立跨尺度力學擬實模型，對復合構(gòu)型的結(jié)構(gòu)參量與復合響應(yīng)規(guī)律進行跨尺度表征與分析，闡明微納增強體之間的協(xié)同與耦合機制，揭示多相多尺度復合構(gòu)型強韌化復合材料的作用機理，建立多相多尺度復合構(gòu)型調(diào)控強韌化的跨尺度力學理論。
（三）多相多尺度金屬基復合材料的構(gòu)型設(shè)計與制備。
研究多相多尺度增強體與基體形成復合構(gòu)型的技術(shù)途徑，揭示制備過程中增強體與基體的形狀、尺寸和界面等結(jié)構(gòu)因素的限域作用規(guī)律，研究復合方法和變形加工對復合構(gòu)型和復合界面的形成機制的影響規(guī)律，構(gòu)筑多相多尺度復合材料強韌化設(shè)計與制備的共性基礎(chǔ)理論，建立大規(guī)格復合材料高性能化、高可靠性和短流程、低成本的可控宏量化制備技術(shù)原型。
三、申請要求
申請書的附注說明選擇“金屬基復合材料構(gòu)型強韌化設(shè)計與宏量化制備科學”，申請代碼1選擇E0105。
“材料結(jié)構(gòu)和性能的高壓調(diào)控原理與技術(shù)”重大項目指南
壓強是獨立于溫度、成分的熱力學參量，是調(diào)控材料結(jié)構(gòu)、組織和性能的重要手段。壓強可以顯著減小原子間距，改變原子成鍵和堆積方式以及電子結(jié)構(gòu)。通過高壓調(diào)控，不僅可以驅(qū)使材料顯微組織和晶體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變化，還可以降低反應(yīng)勢壘，使常壓下無法發(fā)生的化學反應(yīng)得以實現(xiàn)，從而能夠合成出常壓下根本不存在的新材料，這類顯微組織和高壓相材料往往具有常壓條件下無法獲得的優(yōu)異性能。因此，高壓不僅是產(chǎn)生新材料、新物理現(xiàn)象和新化學反應(yīng)的重要源泉，也是發(fā)現(xiàn)新調(diào)控原理和高性能材料的重要手段。
一、科學目標
研制出靜水壓大于400GPa的新一代納米孿晶金剛石對頂砧并進行應(yīng)用驗證，在高壓調(diào)控極性共價材料電子結(jié)構(gòu)、相變順序、顯微組織和性能的科學原理和技術(shù)途徑方面取得突破，發(fā)現(xiàn)高壓下超導轉(zhuǎn)變溫度處在室溫附近的新材料體系，制備出高強韌性的多晶陶瓷，發(fā)展出逼近甚至超越材料理論性能極限的原理和方法，形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高壓調(diào)控原理和實驗技術(shù)，建設(shè)一支創(chuàng)新能力強、多學科交叉且具有國際競爭力的高壓科學研究隊伍。
二、研究內(nèi)容
（一）超過400GPa金剛石對頂砧的研制與應(yīng)用驗證。
開展納米孿晶金剛石對頂砧設(shè)計、制造、壓強標定和驗證性應(yīng)用研究。優(yōu)化激光和聚焦離子束加工工藝參數(shù)以及激光輔助熱化學拋光工藝，建立一套超高硬度納米孿晶金剛石對頂砧的高效精密成形方法，研制出靜高壓大于400GPa的新一代新型金剛石對頂砧壓機，建立超高壓的標定方法，通過測量典型稀土金屬在超高壓范圍的新相圖和狀態(tài)方程加以驗證。
（二）高壓下富氫材料的結(jié)構(gòu)與超導電性。
開展新型富氫材料晶體結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)和超導轉(zhuǎn)變原位高壓調(diào)控的理論與實驗研究。預測不同高壓條件下全部氫原子化的目標富氫材料體系、晶體結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)和超導溫度，在高溫高壓實驗條件下合成目標材料，研究高壓下超導轉(zhuǎn)變溫度與材料成分、晶體結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)的關(guān)系，闡明氫對電聲子耦合的貢獻，建立高壓下富氫材料中高密度氫原子化的原理和機制。
（三）結(jié)構(gòu)陶瓷顯微組織與性能的高壓調(diào)控。
開展高溫高壓調(diào)控先進陶瓷材料納米孿晶顯微組織和力學性能研究。掌握不同晶體結(jié)構(gòu)先進陶瓷材料形變孿晶形成的壓力和溫度條件，闡明陶瓷材料強度、斷裂應(yīng)變、硬度、斷裂韌性等力學性能隨顯微組織結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律和微觀機制，合成出具有納米孿晶結(jié)構(gòu)的高強韌性多晶陶瓷材料，建立陶瓷材料形成納米孿晶顯微組織的科學原理和調(diào)控技術(shù)。
（四）極性共價材料性能的尺寸效應(yīng)。
開展極性共價材料外部尺寸效應(yīng)和內(nèi)外尺寸耦合效應(yīng)研究。發(fā)展透射電鏡下高精度原位力學加載及測試技術(shù)，研究材料彈性性質(zhì)、強度和變形與樣品尺寸關(guān)系的外部尺寸效應(yīng)；利用高壓技術(shù)在材料內(nèi)部引入納米孿晶基礎(chǔ)上，研究外部尺寸與孿晶內(nèi)在尺寸的耦合規(guī)律，闡明自由表面與孿晶界雙重約束下微觀變形機制的應(yīng)力調(diào)控原理，發(fā)展達到甚至超越對應(yīng)理想晶體理論強度和斷裂應(yīng)變的原理和方法。
三、申請要求
申請書的附注說明選擇“材料結(jié)構(gòu)和性能的高壓調(diào)控原理與技術(shù)”，申請代碼1選擇E0203。
“結(jié)構(gòu)功能一體化石墨烯纖維基礎(chǔ)研究”重大項目指南
碳纖維是高端先進裝備和空天飛行器的核心戰(zhàn)略材料。未來高速飛機、高超音速飛行器和高分遙感衛(wèi)星等重大裝備的發(fā)展迫切需求結(jié)構(gòu)功能一體化碳纖維材料，以同時滿足其輕質(zhì)高強高模結(jié)構(gòu)承載和高導熱高導電等極端服役條件的嚴苛要求。傳統(tǒng)聚丙烯腈基碳纖維強度高功能性弱，瀝青基碳纖維存在強度與功能提升的瓶頸。受制于“分子碳化融合”制備原理，傳統(tǒng)碳纖維難以破解結(jié)構(gòu)功能一體化的百年難題。石墨烯纖維是由單層氧化石墨烯液晶連續(xù)濕紡后經(jīng)高溫還原而成的新型碳纖維品種。大片石墨烯組裝的新原理突破了傳統(tǒng)碳纖維的晶疇尺寸限制，有望另辟蹊徑，邁向單晶化晶須的理想結(jié)構(gòu)模型，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)功能一體化目標。亟需開展系統(tǒng)深入的基礎(chǔ)研究，快速推進結(jié)構(gòu)功能一體化石墨烯纖維的發(fā)展，破解碳纖維結(jié)構(gòu)功能一體化的重大科學技術(shù)難題，形成結(jié)構(gòu)功能一體化石墨烯纖維的理論體系，建立我國自主智造的碳纖維新品種，支撐我國發(fā)展高速和高超音速民用和軍用飛行器國家戰(zhàn)略對高性能碳纖維的重大需求。
一、科學目標
建立石墨烯基元有序組裝制備碳纖維的新路線，發(fā)展石墨烯纖維大單晶化與結(jié)構(gòu)功能一體化的新原理，闡明二維大分子納米基元連續(xù)成纖、缺陷控制、大單晶化、材料復合體系的結(jié)構(gòu)功能高效協(xié)同等科學問題，建立結(jié)構(gòu)功能一體化石墨烯纖維的可控制備方法學，突破石墨烯纖維結(jié)構(gòu)功能一體化的綜合性能，構(gòu)建結(jié)構(gòu)功能協(xié)同應(yīng)用的石墨烯纖維材料體系，突破傳統(tǒng)碳纖維結(jié)構(gòu)與功能難以兼容的瓶頸，搶占結(jié)構(gòu)功能一體化纖維材料的戰(zhàn)略高地，創(chuàng)立我國自主智造的獨有碳纖維新品種，從源頭創(chuàng)新打破國外的封鎖壟斷，形成國際領(lǐng)先的高水平研究隊伍，助推我國從纖維大國邁向纖維強國。
二、研究內(nèi)容
（一）氧化石墨烯液晶紡絲及高溫還原單晶化調(diào)控。
可控制備大尺寸低缺陷單層氧化石墨烯紡絲料，研究氧化石墨烯液晶紡絲的凝固組裝原理，解析多級多尺度褶皺及缺陷結(jié)構(gòu)的形成及控制機制，研究化學及高溫還原方法，闡述石墨烯纖維多級缺陷演變的熱力學與動力學規(guī)律，建立石墨烯纖維單晶化的動態(tài)和原位分析表征方法，確立石墨烯纖維的結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系，實現(xiàn)石墨烯纖維的高性能化和高功能化，系統(tǒng)建立結(jié)構(gòu)功能一體化石墨烯纖維的連續(xù)可控制備方法學。
（二）石墨烯纖維多尺度結(jié)構(gòu)解析及理論模型。
建立二維大分子單分子行為及凝聚態(tài)形成的統(tǒng)一理論，探明石墨烯纖維獨特的片片成纖原理，厘清片層分子組裝還原促進單晶化的機制，計算與實驗相結(jié)合解析石墨烯纖維的多級多尺度結(jié)構(gòu)，建立石墨烯纖維的結(jié)構(gòu)模型和結(jié)構(gòu)功能一體化的理論原理。
（三）石墨烯纖維的多功能耦合原理及編材方法。
發(fā)展石墨烯纖維的多功能設(shè)計方法，探明多功能耦合的原理與耦合控制方法，形成光、電、熱、磁、力等功能耦合的多功能石墨烯纖維系列，建立多功能石墨烯纖維的編材智造方法。
（四）結(jié)構(gòu)功能一體化石墨烯纖維復合材料系統(tǒng)。
研究石墨烯纖維的界面特性并發(fā)展界面調(diào)控設(shè)計方法，研究石墨烯纖維復合材料上漿劑與樹脂的匹配設(shè)計，探索石墨烯纖維復合材料的結(jié)構(gòu)功能一體化設(shè)計方法體系；建立石墨烯纖維碳碳復合材料的制備方法，探明復雜電磁、極高極低溫等條件下材料綜合性能的控制要素。
三、申請要求
申請書的附注說明選擇“結(jié)構(gòu)功能一體化石墨烯纖維基礎(chǔ)研究”，申請代碼1選擇E03。
“航空關(guān)鍵金屬構(gòu)件熱加工多物理場演變及擾動的智能調(diào)控基礎(chǔ)”重大項目指南
航空裝備是具有典型代表性的高端制造領(lǐng)域，也是一個國家高端制造業(yè)水平和能力的象征。隨著大飛機等各種裝備向大型輕量化、高可靠長壽命、低成本方向發(fā)展，對構(gòu)件的鑄造、鍛造、增材制造等加工成形技術(shù)提出了新的要求和挑戰(zhàn)。
針對我國在航空金屬構(gòu)件制造領(lǐng)域基礎(chǔ)理論研究、關(guān)鍵技術(shù)與產(chǎn)品質(zhì)量存在的問題，應(yīng)用人工智能和大數(shù)據(jù)等前沿技術(shù)，改變傳統(tǒng)試錯法研究模式，加強從合金設(shè)計、制造工藝到工程應(yīng)用全鏈條的基礎(chǔ)理論研究，有望發(fā)展可促進我國航空關(guān)鍵金屬構(gòu)件熱加工水平快速提升的新原理新方法。
一、科學目標
以航空關(guān)鍵金屬構(gòu)件為典型對象，以變革鑄造、鍛造和3D打印等熱加工成形傳統(tǒng)的“試錯法”研發(fā)模式，發(fā)展基于集成計算材料工程（ICME）、大數(shù)據(jù)分析、人工智能等前沿技術(shù)和方法的高效研發(fā)模式，解決多物理場耦合作用、成分-組織-性能內(nèi)稟關(guān)系與建模、邊界條件和工藝參數(shù)擾動模型、熱加工工藝過程智能控制理論和方法等關(guān)鍵科學問題，建立高性能金屬構(gòu)件熱加工成形全過程綜合優(yōu)化、冶金質(zhì)量全過程精確調(diào)控的基礎(chǔ)理論與方法，構(gòu)建熱加工智能虛擬制造系統(tǒng)，為實現(xiàn)構(gòu)件的高質(zhì)量制造提供基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)支持，推動和引領(lǐng)金屬材料領(lǐng)域智能熱加工制造的基礎(chǔ)理論研究和關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展。
二、研究內(nèi)容
以航空金屬構(gòu)件的鑄造、鍛造和增材制造三種典型的熱加工制造為研究對象，重點研究基于大數(shù)據(jù)和人工智能的金屬構(gòu)件熱加工過程綜合優(yōu)化與冶金質(zhì)量精確調(diào)控等基礎(chǔ)理論和共性關(guān)鍵技術(shù)。
(一)航空關(guān)鍵金屬構(gòu)件精確鑄造過程與質(zhì)量智能控制基礎(chǔ)理論。
基于多層次跨尺度全過程集成計算、過程模型和數(shù)據(jù)驅(qū)動的工藝-組織-性能內(nèi)稟關(guān)系模型，高性能合金鑄造成形數(shù)據(jù)庫構(gòu)建，基于材料逆向設(shè)計與工藝優(yōu)化、多目標綜合優(yōu)化、智能預測-自主決策控制的金屬構(gòu)件智能虛擬鑄造基礎(chǔ)理論與方法，基于大數(shù)據(jù)與人工智能的金屬構(gòu)件精確鑄造與冶金質(zhì)量精確控制的基本原理、關(guān)鍵技術(shù)及在典型構(gòu)件成形中的應(yīng)用。
（二）高性能航空構(gòu)件鍛造成形過程智能控制基礎(chǔ)理論。
熱力耦合/異步能場作用與金屬流動、微觀組織的形成演變規(guī)律，鍛造加工工藝參數(shù)、組織結(jié)構(gòu)演化和使役性能之間的交互作用，高性能合金鍛造成形數(shù)據(jù)庫構(gòu)建，基于過程模型與工藝知識庫的逆向設(shè)計規(guī)則與鍛造工藝優(yōu)化、過程智能控制模型，基于大數(shù)據(jù)分析與人工智能的金屬構(gòu)件鍛造過程精確控形控性一體化的基本原理、關(guān)鍵技術(shù)及在典型構(gòu)件成形中的應(yīng)用。
（三）高性能航空構(gòu)件智能增材制造基礎(chǔ)科學問題。
復雜多元合金高能束微小熔池熔體熱質(zhì)傳輸及超常冶金行為、極端溫度梯度與冷卻速率非平衡凝固行為，高溫葉片、梯度性能合金構(gòu)件增材制造過程中組織/缺陷和殘余應(yīng)力的形成機制與演化規(guī)律與數(shù)字化精確控制方法，典型合金增材制造數(shù)據(jù)庫構(gòu)建、基于大數(shù)據(jù)與人工智能的全流程工藝優(yōu)化、基于虛擬制造的成分-組織-工藝一體化控制方法及在典型構(gòu)件成形中的應(yīng)用。
三、申請要求
申請書的附注說明選擇“航空關(guān)鍵金屬構(gòu)件熱加工多物理場演變及擾動的智能調(diào)控基礎(chǔ)”，申請代碼1選擇E0414。
“高性能熱塑性復合材料大型構(gòu)件制造基礎(chǔ)”
重大項目指南
減輕結(jié)構(gòu)重量、提高結(jié)構(gòu)效率是航空航天、交通運輸、能源等領(lǐng)域高端裝備性能躍升的根本。碳纖維增強高性能熱塑性樹脂基復合材料（以下簡稱熱塑性復合材料），不僅具有傳統(tǒng)復合材料輕質(zhì)、高強、可整體制造的特點，更具有高韌性、可回收再造等突出優(yōu)勢，其應(yīng)用可顯著提升高端裝備性能并可實現(xiàn)綠色制造，對維護國家安全和提高制造業(yè)競爭力具有重要意義。但由于熱塑性復合材料制造時賦形溫度高且范圍窄、熔融粘度大、纖維與樹脂界面易開裂等特性，導致大型構(gòu)件制造存在以下問題：一是賦形時纖維形態(tài)精準控制困難；二是固化時形性協(xié)同調(diào)控困難；三是加工裝配時機械和熱損傷抑制困難。因此，有必要開展高性能熱塑性復合材料大型構(gòu)件制造基礎(chǔ)研究，解決限制其高質(zhì)量制造的瓶頸難題。
一、科學目標
以實現(xiàn)熱塑性復合材料大型構(gòu)件高質(zhì)量制造為總體目標，闡明纖維、樹脂形態(tài)與構(gòu)件性能的映射關(guān)系，探索材料特性演變及其對缺陷形成的影響規(guī)律，揭示力熱耦合作用下材料去除原理和損傷產(chǎn)生機制，提出高質(zhì)高效賦形、形性協(xié)同調(diào)控固化、精密高效加工及高質(zhì)量連接裝配等制造新原理新方法，為熱塑性復合材料大型構(gòu)件的制造與應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。
二、研究內(nèi)容
（一）熱塑性復合材料大型構(gòu)件高質(zhì)高效賦形原理。
研究熱塑性復合材料預浸料粘合性能與賦形工藝參數(shù)的關(guān)系，闡明賦形缺陷形成機制，提出纖維形態(tài)主動控制的賦形新原理，研究賦形最優(yōu)路徑規(guī)劃方法，創(chuàng)新賦形工藝技術(shù)與裝置。
（二）固化過程形性調(diào)控原理與缺陷抑制方法。
探索熱塑性復合材料固化新原理，研究固化過程中材料物化特性和構(gòu)件狀態(tài)在線監(jiān)測方法，揭示大尺寸構(gòu)件固化缺陷的形成機制，提出固化狀態(tài)調(diào)控策略和缺陷抑制方法，發(fā)展大型構(gòu)件形性協(xié)同固化新技術(shù)。
（三）熱塑性復合材料切削加工機理。
研究熱塑性復合材料切削力、熱產(chǎn)生與作用機制，揭示加工中材料的去除行為和損傷產(chǎn)生機理，提出加工損傷抑制原理，創(chuàng)新高質(zhì)高效加工工具及工藝方法，形成熱塑性復合材料構(gòu)件的高質(zhì)高效加工新原理與新技術(shù)。
（四）構(gòu)件表面小余量去除機理及大尺寸構(gòu)件高質(zhì)量裝配方法。
研究熱塑性復合材料小余量磨拋去除工藝機理，闡明表面去除力熱耦合行為及其對表面質(zhì)量的影響規(guī)律，提出構(gòu)件非均勻小余量去除精度預測與力位精準調(diào)控方法，研究測量-自適應(yīng)加工-連接一體化的高質(zhì)量裝配工藝方法。
三、申請要求
申請書的附注說明選擇“高性能熱塑性復合材料大型構(gòu)件制造基礎(chǔ)”，申請代碼選擇E0508或者E0509
“多能源互補的分布式能源系統(tǒng)基礎(chǔ)研究”
重大項目指南
傳統(tǒng)能源利用模式存在高能耗、高污染和高碳排放等一系列問題，而可再生能源固有的分散性和波動性則導致能源利用的低能效和難于遠距離消納。多能源互補的分布式能源系統(tǒng)，通過多種能源互補進行冷、熱、電能的就地轉(zhuǎn)化消納，具有節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)勢和實現(xiàn)能源高效梯級利用的巨大潛力，是未來能源系統(tǒng)的重要發(fā)展方向。將發(fā)展多能源互補的能勢耦合及其綜合梯級利用新途徑，提出化石能源與可再生能源源頭互補和過程匹配的新思路，解決熱能與化學能等不同品位能量的協(xié)同轉(zhuǎn)化與高效存儲、高比例可再生能源非穩(wěn)態(tài)輸入和多種負荷輸出源荷匹配等關(guān)鍵科學問題，形成多能源互補分布式能源系統(tǒng)集成控制的基礎(chǔ)理論。
一、科學目標
突破傳統(tǒng)能源利用模式導致的能量品位損失、污染物和碳排放，以及可再生能源能量密度低、波動性造成的低能效和難于消納等關(guān)鍵瓶頸，構(gòu)建多能源互補的分布式能源系統(tǒng)，提出能勢耦合與多能互補新理論，化學過程與熱力循環(huán)協(xié)同轉(zhuǎn)化新機制，以及適應(yīng)波動性能源輸入與多種能量負荷需求的主動蓄能調(diào)控新方法，降低化石能源轉(zhuǎn)化利用的不可逆損失，實現(xiàn)近零排放和高比例可再生能源的提質(zhì)增效；發(fā)展分布式能源系統(tǒng)集成新原理和新方法，助推能源技術(shù)革命，并引領(lǐng)熱力學和能源利用的未來發(fā)展。
二、研究內(nèi)容
（一）多能互補的能質(zhì)能勢表征與提質(zhì)增效機理。
針對多能互補的分布式能源系統(tǒng)中的能勢耦合與能的高效綜合梯級利用的關(guān)鍵問題，研究化石燃料與可再生能源的能勢表征，探索可再生能源與燃料化學能源頭互補方法，揭示燃料化學能釋放過程不可逆損失規(guī)律與可再生能源的提質(zhì)增效機制。研究多能源的能量有序釋放與動力循環(huán)耦合，揭示互補過程燃料化學能與熱能高效梯級利用機制，發(fā)展多能源互補的能勢耦合理論與源頭節(jié)能方法，為多能源互補的分布式能源系統(tǒng)提供理論和方法基礎(chǔ)。
（二）多能互補的協(xié)同轉(zhuǎn)化與能勢耦合機制。
針對化石能源與可再生能源的源頭互補和過程匹配關(guān)鍵問題，探究燃料化學能與太陽能協(xié)同轉(zhuǎn)化的能勢演變規(guī)律，揭示燃料化學能“源頭節(jié)能”與太陽能“提質(zhì)增效”的協(xié)同機制，提出太陽能與天然氣協(xié)同轉(zhuǎn)化新途徑；揭示燃氣輪機-燃料電池混合動力系統(tǒng)能勢匹配機理，發(fā)展多元化燃料混合動力過程的能量梯級利用方法，獲得強變負荷條件下的混合動力系統(tǒng)熱質(zhì)時空分布規(guī)律及自適應(yīng)控制方法。
（三）多能互補的能量提質(zhì)與存儲。
針對分布式能源系統(tǒng)內(nèi)多品位化學能和熱能相互轉(zhuǎn)化、存儲和能量品位提升的關(guān)鍵問題，發(fā)展多能互補分布式系統(tǒng)中低品位能源的高效提質(zhì)方法，揭示分布式系統(tǒng)能源存儲利用過程中熱能品位提升的理化機制；研制高循環(huán)穩(wěn)定性、低成本的新型熱化學儲熱材料，探索非均勻能流條件下熱化學儲熱材料反應(yīng)性能優(yōu)化策略，發(fā)展拓撲優(yōu)化的高效儲能裝置設(shè)計方法，為多能互補分布式系統(tǒng)的能量提質(zhì)與存儲提供基礎(chǔ)指導理論和方法支撐。
（四）多能互補分布式能源系統(tǒng)的主動調(diào)控。
針對高比例可再生能源非穩(wěn)態(tài)輸入和多種負荷輸出源荷匹配的關(guān)鍵問題，開展太陽能、風能的全工況能質(zhì)互補特性與匹配規(guī)律研究；揭示冷、熱、電等用能負荷的周期性和隨機性動態(tài)波動特性；研究多能互補分布式系統(tǒng)能量傳遞、存儲和轉(zhuǎn)化過程對用能負荷波動的響應(yīng)特性；揭示源、儲、荷耦合特性規(guī)律，發(fā)展多能互補分布式系統(tǒng)全工況運行調(diào)控策略；形成分布式能源系統(tǒng)多能互補、源儲荷匹配的主動調(diào)控新方法。
三、申請注意事項
申請書的附注說明選擇“多能源互補的分布式能源系統(tǒng)基礎(chǔ)”，申請代碼1選擇E0601。
“超大城市深層地下空間韌性基礎(chǔ)理論”重大項目指南
開發(fā)利用深層地下空間、建立多功能一體的立體城市支撐系統(tǒng)，是提高城市空間容量、改善城市環(huán)境、增強城市韌性的重要途徑，是超大城市未來發(fā)展的必然趨勢。當前各國地下空間的開發(fā)主要集中于淺層，深層開發(fā)的理論與經(jīng)驗十分匱乏。淺層單體地下工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計及建造理論無法滿足深層地下空間韌性開發(fā)的需求。深層地下空間是地下工程群-巖土體的復雜動態(tài)耦合系統(tǒng)，其開發(fā)利用面臨著地質(zhì)環(huán)境演變機制不明、施工變形及穩(wěn)定控制難度大、全生命周期服役安全要求高、工程系統(tǒng)災變耦聯(lián)機制復雜等科學技術(shù)挑戰(zhàn)，亟需開展深層地下空間與地質(zhì)環(huán)境互饋機制、深層施工水-土-結(jié)構(gòu)耦合機理、深層地下結(jié)構(gòu)全生命周期性能劣化及恢復規(guī)律、深層地下空間災變耦聯(lián)機制等基礎(chǔ)科學問題研究，建立深層地下工程系統(tǒng)的韌性設(shè)計理論體系。
一、科學目標
針對深層地下空間工程系統(tǒng)具有隱蔽、不可逆、動態(tài)變化，以及地下空間災害破壞范圍廣、影響大等特點，探明深層地下空間開發(fā)地質(zhì)環(huán)境效應(yīng)和施工災變機理，提出安全控制理論和方法，建立多種致災因子作用下地下結(jié)構(gòu)性能劣化及恢復模型，為全生命周期韌性設(shè)計提供理論基礎(chǔ)；構(gòu)建地下工程群耦聯(lián)韌性模型，形成深層地下空間韌性評估理論及提升方法，為深層地下空間韌性開發(fā)提供科學支撐。
二、研究內(nèi)容
（一）深層地下空間地質(zhì)環(huán)境效應(yīng)評估。
建立應(yīng)力場、滲流場、溫度場等多場耦合作用模型，探明深層地下空間建設(shè)的擾動、遮簾和熱島效應(yīng)，揭示深層地下空間地質(zhì)環(huán)境多場互饋機制，建立深層地下空間地質(zhì)環(huán)境效應(yīng)評估理論和模型。
（二）深層地下空間施工災變機理與安全控制。
研究深層地下施工力學行為，建立水-土-結(jié)構(gòu)時空耦合模型，分析深層土強卸載成拱機理及演化規(guī)律、高水壓滲透破壞機制、鄰近結(jié)構(gòu)變形機理，提出施工安全控制理論及技術(shù)。
（三）深層地下結(jié)構(gòu)全生命周期韌性設(shè)計理論基礎(chǔ)。
研究深層地下結(jié)構(gòu)全生命周期材料劣化特性和結(jié)構(gòu)性能演化機制，揭示地質(zhì)環(huán)境變化、施工擾動、地震災害等多種致災因子作用下結(jié)構(gòu)性能劣化規(guī)律，建立相應(yīng)的災后快速恢復模型，為深層地下結(jié)構(gòu)全生命周期韌性設(shè)計提供理論基礎(chǔ)。
（四）深層地下空間韌性評估與韌性提升。
研究多種致災因子作用下深層巖土體-工程系統(tǒng)耦聯(lián)災變機制，建立深層地下工程系統(tǒng)魯棒性、冗余性、適應(yīng)性及可恢復性的分析方法及地下工程群耦聯(lián)韌性模型，提出深層地下空間韌性評估和提升理論體系。
三、申請要求
申請書的附注說明選擇“超大城市深層地下空間韌性基礎(chǔ)理論研究”，申請代碼1選擇E0808
“極地環(huán)境載荷及其與海洋結(jié)構(gòu)物的耦合特性”
重大項目指南
北極蘊藏豐富的油氣資源、具有巨大的航運潛力、占據(jù)十分重要的地理位置，是我國的戰(zhàn)略新疆域。國務(wù)院公布的《中國的北極政策》白皮書，指出我國是北極事務(wù)的重要利益攸關(guān)方，發(fā)起了共建“絲綢之路經(jīng)濟帶”重要合作倡議，并與各方共建“冰上絲綢之路”。海洋結(jié)構(gòu)物從開敞水域進入極地水域面臨嚴峻挑戰(zhàn)，結(jié)構(gòu)的主要載荷從波浪變?yōu)楹１?，設(shè)計技術(shù)與運營保障發(fā)生根本變化。由于對極地冰環(huán)境的認識不充分，北極戰(zhàn)略的重大需求和已掌握的科學理論間存在著巨大的差距，照搬國外的設(shè)計規(guī)范，難以保障海洋結(jié)構(gòu)物的安全。這些難題成為制約我國極地海洋結(jié)構(gòu)物研發(fā)設(shè)計和安全運行保障的瓶頸。
一、科學目標
海冰載荷具有極大的破壞性，常造成極地海洋結(jié)構(gòu)物遭受冰損、冰困、冰激振動等重大事故。因此，破解海冰力學行為的機理與演變規(guī)律、海冰的運動模式、海冰與結(jié)構(gòu)耦合機制等科學問題，開展極地環(huán)境載荷及其與海洋結(jié)構(gòu)物的耦合特性的基礎(chǔ)研究，必要而迫切?？茖W目標是：在海冰力學行為的跨尺度理論、冰場與波流的耦合機理、冰載荷與結(jié)構(gòu)物的互饋機制等方面取得重大進展和關(guān)鍵突破，形成極地環(huán)境載荷及其與海洋結(jié)構(gòu)物的耦合特性分析理論，為極地海洋結(jié)構(gòu)物的研發(fā)設(shè)計及安全運行保障提供理論支撐。
二、研究內(nèi)容
（一）海冰力學行為的跨尺度演變規(guī)律。
主要研究海冰力學行為的多尺度效應(yīng)、跨尺度演變規(guī)律與控制機理、多尺度力學理論和跨尺度本構(gòu)關(guān)系。
（二）極區(qū)波流與海冰相互作用分析理論。
主要研究冰水間的多界面動態(tài)耦合機理、波流在多種類型海冰中傳播的能量衰減理論、波流造成海冰破碎/漂移堆積的形成機制。
（三）冰-水-結(jié)構(gòu)物耦合下的冰載荷特性研究。
主要研究冰和結(jié)構(gòu)的碰撞及破壞過程演化規(guī)律、冰和結(jié)構(gòu)的能量轉(zhuǎn)換傳遞機理與模型、冰-水-結(jié)構(gòu)耦合下的冰載荷預報理論與方法。
（四）重型破冰船破冰能力預報方法。
主要研究重型破冰船破冰過程與碎冰運動、不同破冰模式下的破冰船運動性能和結(jié)構(gòu)冰激響應(yīng)、破冰能力預報方法及船型優(yōu)化。
（五）水下垂直破冰能力預報方法。
主要研究水下航行體準靜態(tài)向上和高速向上的垂直破冰能力和結(jié)構(gòu)冰激響應(yīng)、研究水下航行體載荷預報方法及防撞結(jié)構(gòu)形式。
三、申請要求
申請書的附注說明選擇“極地環(huán)境載荷及其與海洋結(jié)構(gòu)物的耦合特性”，申請代碼1選擇E11。
來源：國家自然基金委
聲明：僅代表作者個人觀點，作者水平有限，如有不科學之處，請在下方留言指正！
投稿模板：
單篇報道：上海交通大學周涵、范同祥《PNAS》：薄膜一貼，從此降溫不用電！
系統(tǒng)報道：加拿大最年輕的兩院院士陳忠偉團隊能源領(lǐng)域成果集錦
歷史進展：經(jīng)典回顧| 聚集誘導發(fā)光的開山之作：一篇《CC》，開啟中國人引領(lǐng)世界新領(lǐng)域！
