國家自然科學(xué)基金委員會(huì)關(guān)于發(fā)布“十三五”第五批重大項(xiàng)目指南及申請注意事項(xiàng)的通告
國家自然科學(xué)基金委員會(huì)（以下簡稱自然科學(xué)基金委）根據(jù)《國家自然科學(xué)基金“十三五”發(fā)展規(guī)劃》優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域和新時(shí)代科學(xué)基金深化改革戰(zhàn)略部署，在深入研討和廣泛征求科學(xué)家意見的基礎(chǔ)上，現(xiàn)發(fā)布“十三五”第五批8個(gè)科學(xué)部63個(gè)重大項(xiàng)目指南，請申請人及依托單位按重大項(xiàng)目指南中所述的要求和注意事項(xiàng)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(xué)科學(xué)部、工程與材料學(xué)部重大項(xiàng)目指南如下：
化學(xué)科學(xué)部重大項(xiàng)目指南
2020年化學(xué)科學(xué)部共發(fā)布8個(gè)重大項(xiàng)目指南，擬資助6個(gè)重大項(xiàng)目。項(xiàng)目申請人申請的直接費(fèi)用預(yù)算不得超過1800萬元/項(xiàng)。申請書的附注說明選擇相關(guān)重大項(xiàng)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(xué)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(xué)基礎(chǔ)”
重大項(xiàng)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(gè)新興產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵化學(xué)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(xué)目標(biāo)
項(xiàng)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(xué)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(zhǔn)設(shè)計(jì)、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(shí)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(jì)創(chuàng)新，為支撐相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供科學(xué)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(jì)。
非常規(guī)激發(fā)染料的激發(fā)效率是實(shí)現(xiàn)功能的基礎(chǔ)。重點(diǎn)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(xué)反應(yīng)效率；揭示分子結(jié)構(gòu)與目標(biāo)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(tái)，為產(chǎn)品分子設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。
（二）極紫外光刻材料設(shè)計(jì)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(jī)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(xué)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(jī)械”復(fù)雜穩(wěn)定性與染料分子結(jié)構(gòu)的映射機(jī)制，包括不同光能量、熱效應(yīng)和機(jī)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(xué)性能和對光引發(fā)劑光化學(xué)反應(yīng)性能的影響機(jī)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(píng)價(jià)準(zhǔn)則。
“分子光子學(xué)材料與激發(fā)態(tài)過程調(diào)控”
重大項(xiàng)目指南
光子學(xué)是研究以光子作為信息和能量載體的科學(xué)，涉及光的產(chǎn)生、傳輸、探測、放大和顯示等應(yīng)用。和無機(jī)光子學(xué)材料相比，分子光子學(xué)材料在光學(xué)性能、柔性加工和生產(chǎn)成本等方面展現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢。設(shè)計(jì)合成同時(shí)具備優(yōu)異光學(xué)性質(zhì)和電荷輸運(yùn)能力的分子材料，從微觀角度深入認(rèn)識(shí)分子材料中的激發(fā)態(tài)過程，結(jié)合器件構(gòu)型設(shè)計(jì)優(yōu)化制備工藝和性能指標(biāo)，將推動(dòng)分子光子學(xué)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(xué)性能的調(diào)控機(jī)制”與?“不同光子學(xué)功能中涉及的激子與光子的相互作用原理”是分子光子學(xué)研究中的關(guān)鍵科學(xué)問題?！靶滦凸庾訉W(xué)分子的理性設(shè)計(jì)與高效合成”與“光子學(xué)功能導(dǎo)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(xiàng)目旨在聯(lián)合分子材料合成、激發(fā)態(tài)理論、光譜學(xué)和光電器件等方面的科學(xué)家進(jìn)行攻關(guān)，從微觀角度深入認(rèn)識(shí)分子材料中的激發(fā)態(tài)動(dòng)力學(xué)過程，結(jié)合器件構(gòu)型設(shè)計(jì)，優(yōu)化制備工藝和性能指標(biāo)，發(fā)揮分子光子學(xué)材料在光學(xué)性能、溶液加工、柔性集成等方面展現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢，推動(dòng)分子光子學(xué)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(xué)目標(biāo)
以有機(jī)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(xué)過程，指導(dǎo)新型分子光子學(xué)材料骨架結(jié)構(gòu)及其微納晶體的設(shè)計(jì)合成，拓展高性能有機(jī)微納激光和有機(jī)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(tuán)隊(duì)，提升我國在分子光子學(xué)前沿交叉方向上的整體水平。
二、研究內(nèi)容
本項(xiàng)目圍繞“分子光子學(xué)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(xué)材料的分子設(shè)計(jì)與可控合成。
以調(diào)控分子能級(jí)與激發(fā)態(tài)過程為導(dǎo)向，設(shè)計(jì)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(xué)材料；通過調(diào)控分子間弱相互作用充分運(yùn)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(xué)奠定材料基礎(chǔ)。
（二）有機(jī)微納體系的激發(fā)態(tài)調(diào)控與過程研究。
準(zhǔn)確理解分子光子學(xué)材料體系中激發(fā)態(tài)動(dòng)力學(xué)、載流子擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)和能級(jí)調(diào)控等理論，揭示其中載流子傳輸性能和光學(xué)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(qiáng)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(qiáng)相互作用與耦合過程。
（三）高性能有機(jī)微納激光材料與器件。
在新型分子光子學(xué)材料中實(shí)現(xiàn)覆蓋可見光譜的受激輻射，設(shè)計(jì)新的微納結(jié)構(gòu)單元作為光學(xué)諧振腔，得到激光波長和模式可調(diào)可控的有機(jī)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(xué)材料的激光平板顯示技術(shù)。
（四）有機(jī)分子電致發(fā)光與顯示器件。
以分子光子學(xué)的激發(fā)態(tài)動(dòng)力學(xué)為指導(dǎo)，設(shè)計(jì)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(xué)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(xué)基礎(chǔ)”重大項(xiàng)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(xué)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(jī)物氧化還原反應(yīng)的耦合過程，探究多尺度流動(dòng)與傳遞對電化學(xué)過程的影響機(jī)制，構(gòu)建若干規(guī)?；娊馑c有機(jī)物合成耦合反應(yīng)體系，形成能源化學(xué)與綠色化工領(lǐng)域新的發(fā)展方向。
一、科學(xué)目標(biāo)
通過高效電解水耦合加氫/氧化的催化過程，實(shí)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(jī)理及其與有機(jī)物反應(yīng)途徑，建立選擇性合成高附加值產(chǎn)物的實(shí)驗(yàn)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(xué)反應(yīng)器，闡明多相反應(yīng)過程中的流動(dòng)、混合、傳遞對能量與物質(zhì)轉(zhuǎn)化的作用規(guī)律，實(shí)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(xué)品生產(chǎn)的耦合，研究多相界面活性氧生成與轉(zhuǎn)化機(jī)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(jī)物在電極表面的傳質(zhì)吸附特征和氧化反應(yīng)能級(jí)；發(fā)展新型結(jié)構(gòu)化電極，實(shí)現(xiàn)有機(jī)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(jī)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(jìn)作用，并在工程化研究裝置上實(shí)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(jī)底物進(jìn)行加氫和氧化，合成高端精細(xì)化學(xué)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(jī)制，提高目標(biāo)產(chǎn)物選擇性；根據(jù)陰極和陽極反應(yīng)的反應(yīng)機(jī)制和動(dòng)力學(xué)特性，設(shè)計(jì)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(jī)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(jī)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(dòng)力學(xué)，揭示光促電解水的本征活性和動(dòng)力學(xué)過程對有機(jī)反應(yīng)選擇性調(diào)控的內(nèi)在機(jī)制，進(jìn)一步促進(jìn)水分解和有機(jī)物氧化/還原的耦合。
（四）制氫耦合綠色化工的過程強(qiáng)化與系統(tǒng)集成。
研究多尺度流動(dòng)、混合和傳遞特性對電化學(xué)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(jī)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(xué)耦合反應(yīng)系統(tǒng)的放大模型與設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)1~2個(gè)耦合反應(yīng)體系工程化示范。
“固體結(jié)構(gòu)的化學(xué)調(diào)控與功能強(qiáng)化”重大項(xiàng)目指南
固體物質(zhì)在信息、能源、國防、機(jī)械、電子、醫(yī)學(xué)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(xué)組成、相態(tài)、晶體結(jié)構(gòu)，還受限于局域結(jié)構(gòu)、化學(xué)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(yùn)材料、鐵電/鐵磁體、儲(chǔ)能材料等，利用先進(jìn)大科學(xué)裝置，多層次揭示固體材料結(jié)構(gòu)與功能間的關(guān)系，運(yùn)用化學(xué)手段調(diào)控固體結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)性能顯著提升或獲得新功能。
一、科學(xué)目標(biāo)
通過極端條件合成、化學(xué)壓力（Chemical Pressure）、缺陷設(shè)計(jì)和復(fù)相匹配等手段，實(shí)現(xiàn)對固體結(jié)構(gòu)的化學(xué)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(yùn)、高性能鐵電/鐵磁、高效儲(chǔ)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(qiáng)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(jí)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(dǎo)、快離子導(dǎo)體、高能量密度等特殊功能材料，揭示其反應(yīng)歷程。
（二）化學(xué)壓力調(diào)控結(jié)構(gòu)與強(qiáng)化功能。
利用相界面應(yīng)變、異質(zhì)化學(xué)元素引起的局域結(jié)構(gòu)畸變、離子調(diào)控等化學(xué)壓力方法，實(shí)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(xué)壓力調(diào)控結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)化學(xué)合成方法，揭示固體中元素分布、化學(xué)有序、電荷有序、化學(xué)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(yùn)固體。
通過化學(xué)摻雜、拓?fù)浞磻?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(yùn)性質(zhì)的影響；從化學(xué)成鍵、離子間相互作用闡述固態(tài)離子導(dǎo)體中缺陷穩(wěn)定與離子遷移機(jī)制；基于缺陷在性能上的構(gòu)效關(guān)系，設(shè)計(jì)合成新型電子/離子導(dǎo)體等材料。
（四）復(fù)合固體結(jié)構(gòu)調(diào)控與電極材料功能強(qiáng)化。
發(fā)展復(fù)合固體結(jié)構(gòu)精準(zhǔn)化學(xué)調(diào)控的新方法，研究單組分及復(fù)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(fù)合結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律；多層面認(rèn)識(shí)能源復(fù)合固體材料的構(gòu)效關(guān)系，提出高效電極材料等復(fù)合固體的設(shè)計(jì)原則，合成具有協(xié)同功能增強(qiáng)效應(yīng)的電極復(fù)合材料。
“基于納米孔道電荷傳輸?shù)膯畏肿訂渭?xì)胞精準(zhǔn)測量”
重大項(xiàng)目指南
細(xì)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(shí)域內(nèi)進(jìn)行的，并控制著單個(gè)生物分子功能的執(zhí)行、反應(yīng)的精準(zhǔn)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(shí)際生命體系中分子反應(yīng)行為的場所，可實(shí)現(xiàn)在極短的時(shí)域內(nèi)進(jìn)行單個(gè)分子的動(dòng)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(qiáng)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(shí)空分辨，實(shí)現(xiàn)單分子、單細(xì)胞等單個(gè)體的精準(zhǔn)測量，為進(jìn)一步探索基礎(chǔ)生命化學(xué)領(lǐng)域新現(xiàn)象、新規(guī)律和新知識(shí)提供了新途徑。
本重大項(xiàng)目擬聚焦于具有納米級(jí)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(zhǔn)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(jìn)到納米限域界面，從分子整體行為測量推進(jìn)到單個(gè)分子、單個(gè)細(xì)胞差異性研究，有望成為現(xiàn)有基礎(chǔ)分析化學(xué)研究方法和理論進(jìn)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(xué)反應(yīng)動(dòng)態(tài)測量以及高通量疾病早期篩查等方向的研究。
一、科學(xué)目標(biāo)
項(xiàng)目圍繞“具有納米級(jí)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(xué)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(xì)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(xì)胞水平上探索基礎(chǔ)生命化學(xué)。
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(jī)材料、有機(jī)大分子等為基本構(gòu)筑單元，探索多元納米孔道化學(xué)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(dòng)方法及可控單分子界面修飾方法，增強(qiáng)納米孔道測量界面內(nèi)多個(gè)探針基團(tuán)的協(xié)同測量效應(yīng)，從而構(gòu)建每一個(gè)基團(tuán)都精確可控的納米孔道測量界面。
（二）納米孔道單個(gè)體測量的機(jī)制研究。
探索傳感界面結(jié)構(gòu)、電荷傳輸、測量精準(zhǔn)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(hào)增強(qiáng)放大新機(jī)制，實(shí)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(xì)胞單分子原位測量研究。
發(fā)展適用于單個(gè)活細(xì)胞內(nèi)單個(gè)分子可控遞送和原位分析的方法，建立納米孔道單細(xì)胞成像測量的新方法和譜學(xué)研究的新策略，深度解析由單個(gè)分子引起的單細(xì)胞表型特征；發(fā)展納米孔道單分子計(jì)數(shù)與光學(xué)實(shí)時(shí)檢測新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)生理濃度范圍單分子光學(xué)檢測，闡釋生物分子相互作用的單分子反應(yīng)機(jī)制和動(dòng)力學(xué)，從而在單分子、單細(xì)胞水平實(shí)現(xiàn)疾病早期篩查。
（四）納米孔道界面的高時(shí)空分辨測量方法及系統(tǒng)。
突破現(xiàn)有生命分析方法的時(shí)空測量極限，發(fā)展具有高時(shí)空、高能量分辨，實(shí)時(shí)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(shí)現(xiàn)單個(gè)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(xué)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(jī)框架材料設(shè)計(jì)及過程
調(diào)控機(jī)制”重大項(xiàng)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(jí)，關(guān)系經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展及國家戰(zhàn)略需求。傳統(tǒng)熱驅(qū)動(dòng)分離過程能耗高，若以非熱驅(qū)動(dòng)的吸附或膜分離過程替代熱驅(qū)動(dòng)分離過程，可望大幅度降低能耗。金屬-有機(jī)框架材料擁有龐大的組分/結(jié)構(gòu)單元庫，其可設(shè)計(jì)性為吸附與膜分離帶來機(jī)遇。然而，金屬-有機(jī)框架材料目前尚未實(shí)現(xiàn)分離工業(yè)應(yīng)用，亟待在基礎(chǔ)科學(xué)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(dǎo)向，擬圍繞金屬-有機(jī)框架材料設(shè)計(jì)、吸附材料/分離膜可控制備、過程調(diào)控機(jī)制等關(guān)鍵科學(xué)問題，實(shí)現(xiàn)高效、高選擇性、高穩(wěn)定性分離，推動(dòng)分離科學(xué)與技術(shù)的理論創(chuàng)新與技術(shù)進(jìn)步。
一、科學(xué)目標(biāo)
以金屬-有機(jī)框架材料設(shè)計(jì)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(jī)理，建立分離材料組成-結(jié)構(gòu)-性能設(shè)計(jì)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(jī)框架材料吸附與膜分離的工業(yè)應(yīng)用提供科學(xué)支撐。
二、研究內(nèi)容
（一）金屬-有機(jī)框架材料精準(zhǔn)設(shè)計(jì)與制備。
基于計(jì)算化學(xué)、“網(wǎng)格化學(xué)”及構(gòu)筑模塊策略，開展材料分子基元組成、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、微觀孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；基于先進(jìn)晶體工程手段，實(shí)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(jī)制及動(dòng)態(tài)響應(yīng)規(guī)律，建立理論與實(shí)驗(yàn)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(jī)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(jì)，實(shí)現(xiàn)材料孔道結(jié)構(gòu)、表面基團(tuán)定向調(diào)控；基于單組分靜態(tài)吸附與多組分動(dòng)態(tài)分離的系統(tǒng)評(píng)價(jià)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(xué)、動(dòng)力學(xué)規(guī)律，反饋指導(dǎo)材料精準(zhǔn)設(shè)計(jì)與吸附性能調(diào)控，實(shí)現(xiàn)烷烴/烯烴分離等體系的工業(yè)性試驗(yàn)；完成吸附材料的規(guī)?；苽浼拔椒蛛x過程的設(shè)計(jì)，為突破其在吸附分離工業(yè)中的應(yīng)用提供科學(xué)基礎(chǔ)。
（三）金屬-有機(jī)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(jì)與分子組裝技術(shù)，實(shí)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(zhǔn)調(diào)控，創(chuàng)新膜的工程化制備方法；在工業(yè)性實(shí)驗(yàn)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(píng)價(jià)，深入揭示膜分離機(jī)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(jì)，實(shí)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(xué)”重大項(xiàng)目指南
金屬卡賓結(jié)構(gòu)獨(dú)特，其反應(yīng)具有高效、多樣以及可控等特點(diǎn)，受到人們的極大關(guān)注，相關(guān)研究對于合成化學(xué)、化學(xué)生物學(xué)以及有機(jī)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(jī)化學(xué)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(jī)遇和挑戰(zhàn)。
一、科學(xué)目標(biāo)
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(xiàng)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(diǎn)，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(jī)分子合成、高分子聚合、藥物合成以及化學(xué)生物學(xué)等交叉領(lǐng)域中的應(yīng)用。通過項(xiàng)目的實(shí)施，推動(dòng)合成化學(xué)以及結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展，并通過金屬卡賓化學(xué)與生命科學(xué)的銜接為生物大分子化學(xué)修飾，化學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)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(duì)伍，進(jìn)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(jī)理研究，設(shè)計(jì)、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(jìn)一步通過實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)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(jī)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(xué)生物學(xué)中的應(yīng)用。
發(fā)揮金屬卡賓反應(yīng)類型多樣性的特點(diǎn)，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(xué)修飾提供具有化學(xué)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(xué)技術(shù)儲(chǔ)備。包括應(yīng)用金屬卡賓參與的多組分反應(yīng)實(shí)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(jìn)行后期修飾以及開發(fā)針對動(dòng)態(tài)修飾的新藥物靶標(biāo)和相應(yīng)的干預(yù)小分子、基于金屬卡賓開發(fā)新一代化學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)工具探針等。
“鋰同位素萃取分離的科學(xué)、技術(shù)與應(yīng)用”重大項(xiàng)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?zé)岷司圩兌押蛪核磻?yīng)堆中的核心原料及調(diào)節(jié)劑。隨著我國先進(jìn)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(xiàng)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(jī)萃取法分離鋰同位素的科學(xué)、技術(shù)與應(yīng)用研究。通過有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)、分離工程、人工智能、自動(dòng)化控制等多學(xué)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(jī)制不明確、萃取串級(jí)工藝難等重要科學(xué)與技術(shù)難題。促進(jìn)有機(jī)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(xué)目標(biāo)
本項(xiàng)目圍繞鋰同位素萃取分離過程中的科學(xué)、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(shí)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(xué)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(dòng)力學(xué)規(guī)律；揭示有機(jī)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(jì)并優(yōu)化萃取劑分子結(jié)構(gòu)，發(fā)展若干具有自主知識(shí)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(yùn)行8000小時(shí)；發(fā)展串級(jí)萃取分離鋰同位素的化工工藝，實(shí)現(xiàn)連續(xù)多級(jí)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(jì)、合成與性能評(píng)價(jià)。
通過分子模擬軟件設(shè)計(jì)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(tuán)的獨(dú)特效應(yīng)，開展有機(jī)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(dú)特萃取體系；建立萃取劑分離鋰同位素的綜合性能評(píng)價(jià)方法，考察萃取劑的分離系數(shù)、分配系數(shù)、萃取負(fù)載量等指標(biāo)；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(píng)價(jià)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(jī)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(dòng)力學(xué)；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(kuò)散及溶劑化過程中的復(fù)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(dòng)力學(xué)規(guī)律；采用計(jì)算機(jī)模擬兩相鋰離子傳輸過程中的動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)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(xué)穩(wěn)定性、輻照穩(wěn)定性之間關(guān)系進(jìn)行模擬，并得出構(gòu)效關(guān)系規(guī)律。
（三）有機(jī)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(xué)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(jí)萃取化工工藝；設(shè)計(jì)并優(yōu)化同位素分離專用離心萃取機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及串級(jí)連接方式；研究串級(jí)萃取試驗(yàn)過程中的自動(dòng)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(jí)串級(jí)萃取試驗(yàn)裝置系統(tǒng)上，進(jìn)行鋰同位素萃取分離的連續(xù)分離富集試驗(yàn)，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(xué)部重大項(xiàng)目指南
2020年工程與材料科學(xué)部共發(fā)布8個(gè)重大項(xiàng)目指南，擬資助8個(gè)重大項(xiàng)目。項(xiàng)目（含課題）負(fù)責(zé)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(biāo)注不一致，將不予受理。項(xiàng)目申請人申請的直接費(fèi)用預(yù)算不得超過1800萬元/項(xiàng)。
“金屬基復(fù)合材料構(gòu)型強(qiáng)韌化設(shè)計(jì)與宏量化制備科學(xué)”
重大項(xiàng)目指南
輕質(zhì)高強(qiáng)、多功能的先進(jìn)金屬基復(fù)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(jì)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(fù)合設(shè)計(jì)理念，是突破傳統(tǒng)金屬基復(fù)合材料強(qiáng)韌性失配瓶頸的有效途徑。通過多相多尺度增強(qiáng)體與金屬基體之間構(gòu)型化復(fù)合設(shè)計(jì)與制備，改善強(qiáng)度、模量與塑韌性之間的倒置關(guān)系，大幅度提高金屬基復(fù)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(fù)合材料提供理論依據(jù)和可實(shí)用化途徑，具有重要的意義。
一、科學(xué)目標(biāo)
發(fā)展構(gòu)型化復(fù)合新原理，解析復(fù)合制備、加工成型過程中多相跨尺度復(fù)合構(gòu)型的構(gòu)筑演化規(guī)律，通過試驗(yàn)和建模擬實(shí)揭示多相構(gòu)型化復(fù)合材料體系的微觀-細(xì)觀-宏觀跨尺度下的構(gòu)效關(guān)系，明確復(fù)合構(gòu)型與使役性能最優(yōu)化調(diào)控機(jī)理，建立復(fù)合構(gòu)型強(qiáng)韌化的跨尺度力學(xué)理論基礎(chǔ)，推動(dòng)金屬基復(fù)合材料制備科學(xué)進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)大規(guī)格構(gòu)件的性能靶向設(shè)計(jì)與宏量化制備。
二、研究內(nèi)容
（一）多相多尺度金屬基復(fù)合材料微區(qū)協(xié)調(diào)變形機(jī)理。
研究多相多尺度復(fù)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(jí)復(fù)合界面及微區(qū)的超微納力學(xué)行為，揭示復(fù)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(fù)合材料界面匹配性設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)性問題；研究復(fù)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(fù)合體系中組元間協(xié)調(diào)變形機(jī)理和強(qiáng)韌化機(jī)制，實(shí)現(xiàn)性能導(dǎo)向的復(fù)合材料智能化設(shè)計(jì)。
（二）多相多尺度金屬基復(fù)合材料的跨尺度力學(xué)理論。
將包含復(fù)合效應(yīng)的材料微結(jié)構(gòu)特征與力學(xué)計(jì)算相耦合，建立跨尺度力學(xué)擬實(shí)模型，對復(fù)合構(gòu)型的結(jié)構(gòu)參量與復(fù)合響應(yīng)規(guī)律進(jìn)行跨尺度表征與分析，闡明微納增強(qiáng)體之間的協(xié)同與耦合機(jī)制，揭示多相多尺度復(fù)合構(gòu)型強(qiáng)韌化復(fù)合材料的作用機(jī)理，建立多相多尺度復(fù)合構(gòu)型調(diào)控強(qiáng)韌化的跨尺度力學(xué)理論。
（三）多相多尺度金屬基復(fù)合材料的構(gòu)型設(shè)計(jì)與制備。
研究多相多尺度增強(qiáng)體與基體形成復(fù)合構(gòu)型的技術(shù)途徑，揭示制備過程中增強(qiáng)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(fù)合方法和變形加工對復(fù)合構(gòu)型和復(fù)合界面的形成機(jī)制的影響規(guī)律，構(gòu)筑多相多尺度復(fù)合材料強(qiáng)韌化設(shè)計(jì)與制備的共性基礎(chǔ)理論，建立大規(guī)格復(fù)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(fù)合材料構(gòu)型強(qiáng)韌化設(shè)計(jì)與宏量化制備科學(xué)”，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(xiàng)目指南
壓強(qiáng)是獨(dú)立于溫度、成分的熱力學(xué)參量，是調(diào)控材料結(jié)構(gòu)、組織和性能的重要手段。壓強(qiáng)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(xué)反應(yīng)得以實(shí)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(xué)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(xué)目標(biāo)
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(jìn)行應(yīng)用驗(yàn)證，在高壓調(diào)控極性共價(jià)材料電子結(jié)構(gòu)、相變順序、顯微組織和性能的科學(xué)原理和技術(shù)途徑方面取得突破，發(fā)現(xiàn)高壓下超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度處在室溫附近的新材料體系，制備出高強(qiáng)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(shí)產(chǎn)權(quán)的高壓調(diào)控原理和實(shí)驗(yàn)技術(shù)，建設(shè)一支創(chuàng)新能力強(qiáng)、多學(xué)科交叉且具有國際競爭力的高壓科學(xué)研究隊(duì)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(yàn)證。
開展納米孿晶金剛石對頂砧設(shè)計(jì)、制造、壓強(qiáng)標(biāo)定和驗(yàn)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(xué)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(jī)，建立超高壓的標(biāo)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(yàn)證。
（二）高壓下富氫材料的結(jié)構(gòu)與超導(dǎo)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(dǎo)轉(zhuǎn)變原位高壓調(diào)控的理論與實(shí)驗(yàn)研究。預(yù)測不同高壓條件下全部氫原子化的目標(biāo)富氫材料體系、晶體結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)和超導(dǎo)溫度，在高溫高壓實(shí)驗(yàn)條件下合成目標(biāo)材料，研究高壓下超導(dǎo)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(xiàn)，建立高壓下富氫材料中高密度氫原子化的原理和機(jī)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(jìn)陶瓷材料納米孿晶顯微組織和力學(xué)性能研究。掌握不同晶體結(jié)構(gòu)先進(jìn)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(qiáng)度、斷裂應(yīng)變、硬度、斷裂韌性等力學(xué)性能隨顯微組織結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律和微觀機(jī)制，合成出具有納米孿晶結(jié)構(gòu)的高強(qiáng)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(xué)原理和調(diào)控技術(shù)。
（四）極性共價(jià)材料性能的尺寸效應(yīng)。
開展極性共價(jià)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(xué)加載及測試技術(shù)，研究材料彈性性質(zhì)、強(qiáng)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(jī)制的應(yīng)力調(diào)控原理，發(fā)展達(dá)到甚至超越對應(yīng)理想晶體理論強(qiáng)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(xiàng)目指南
碳纖維是高端先進(jìn)裝備和空天飛行器的核心戰(zhàn)略材料。未來高速飛機(jī)、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(shí)滿足其輕質(zhì)高強(qiáng)高模結(jié)構(gòu)承載和高導(dǎo)熱高導(dǎo)電等極端服役條件的嚴(yán)苛要求。傳統(tǒng)聚丙烯腈基碳纖維強(qiáng)度高功能性弱，瀝青基碳纖維存在強(qiáng)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(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)功能一體化目標(biāo)。亟需開展系統(tǒng)深入的基礎(chǔ)研究，快速推進(jìn)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(xué)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(xué)目標(biāo)
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(fù)合體系的結(jié)構(gòu)功能高效協(xié)同等科學(xué)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(xué)，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(dú)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(duì)伍，助推我國從纖維大國邁向纖維強(qiáng)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(jí)多尺度褶皺及缺陷結(jié)構(gòu)的形成及控制機(jī)制，研究化學(xué)及高溫還原方法，闡述石墨烯纖維多級(jí)缺陷演變的熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)規(guī)律，建立石墨烯纖維單晶化的動(dòng)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(shí)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(xué)。
（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(dú)特的片片成纖原理，厘清片層分子組裝還原促進(jìn)單晶化的機(jī)制，計(jì)算與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合解析石墨烯纖維的多級(jí)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(jì)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(fù)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(jì)方法，研究石墨烯纖維復(fù)合材料上漿劑與樹脂的匹配設(shè)計(jì)，探索石墨烯纖維復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)功能一體化設(shè)計(jì)方法體系；建立石墨烯纖維碳碳復(fù)合材料的制備方法，探明復(fù)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(dòng)的智能調(diào)控基礎(chǔ)”重大項(xiàng)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(gè)國家高端制造業(yè)水平和能力的象征。隨著大飛機(jī)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(cuò)法研究模式，加強(qiáng)從合金設(shè)計(jì)、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(jìn)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(xué)目標(biāo)
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(cuò)法”研發(fā)模式，發(fā)展基于集成計(jì)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(dòng)模型、熱加工工藝過程智能控制理論和方法等關(guān)鍵科學(xué)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(shí)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(dòng)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(diǎn)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(jì)算、過程模型和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)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(jì)與工藝優(yōu)化、多目標(biāo)綜合優(yōu)化、智能預(yù)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(dòng)、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(shí)庫的逆向設(shè)計(jì)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(xué)問題。
復(fù)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(jī)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(dòng)的智能調(diào)控基礎(chǔ)”，申請代碼1選擇E0414。
“高性能熱塑性復(fù)合材料大型構(gòu)件制造基礎(chǔ)”
重大項(xiàng)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(yùn)輸、能源等領(lǐng)域高端裝備性能躍升的根本。碳纖維增強(qiáng)高性能熱塑性樹脂基復(fù)合材料（以下簡稱熱塑性復(fù)合材料），不僅具有傳統(tǒng)復(fù)合材料輕質(zhì)、高強(qiáng)、可整體制造的特點(diǎn)，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(shí)現(xiàn)綠色制造，對維護(hù)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(fù)合材料制造時(shí)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(dǎo)致大型構(gòu)件制造存在以下問題：一是賦形時(shí)纖維形態(tài)精準(zhǔn)控制困難；二是固化時(shí)形性協(xié)同調(diào)控困難；三是加工裝配時(shí)機(jī)械和熱損傷抑制困難。因此，有必要開展高性能熱塑性復(fù)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(xué)目標(biāo)
以實(shí)現(xiàn)熱塑性復(fù)合材料大型構(gòu)件高質(zhì)量制造為總體目標(biāo)，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(jī)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(fù)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(fù)合材料大型構(gòu)件高質(zhì)高效賦形原理。
研究熱塑性復(fù)合材料預(yù)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(jī)制，提出纖維形態(tài)主動(dòng)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(fù)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(jī)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(fù)合材料切削加工機(jī)理。
研究熱塑性復(fù)合材料切削力、熱產(chǎn)生與作用機(jī)制，揭示加工中材料的去除行為和損傷產(chǎn)生機(jī)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(fù)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(jī)理及大尺寸構(gòu)件高質(zhì)量裝配方法。
研究熱塑性復(fù)合材料小余量磨拋去除工藝機(jī)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(yù)測與力位精準(zhǔn)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(fù)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(bǔ)的分布式能源系統(tǒng)基礎(chǔ)研究”
重大項(xiàng)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(dòng)性則導(dǎo)致能源利用的低能效和難于遠(yuǎn)距離消納。多能源互補(bǔ)的分布式能源系統(tǒng)，通過多種能源互補(bǔ)進(jìn)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(shí)現(xiàn)能源高效梯級(jí)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(bǔ)的能勢耦合及其綜合梯級(jí)利用新途徑，提出化石能源與可再生能源源頭互補(bǔ)和過程匹配的新思路，解決熱能與化學(xué)能等不同品位能量的協(xié)同轉(zhuǎn)化與高效存儲(chǔ)、高比例可再生能源非穩(wěn)態(tài)輸入和多種負(fù)荷輸出源荷匹配等關(guān)鍵科學(xué)問題，形成多能源互補(bǔ)分布式能源系統(tǒng)集成控制的基礎(chǔ)理論。
一、科學(xué)目標(biāo)
突破傳統(tǒng)能源利用模式導(dǎo)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(dòng)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(bǔ)的分布式能源系統(tǒng)，提出能勢耦合與多能互補(bǔ)新理論，化學(xué)過程與熱力循環(huán)協(xié)同轉(zhuǎn)化新機(jī)制，以及適應(yīng)波動(dòng)性能源輸入與多種能量負(fù)荷需求的主動(dòng)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(shí)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(xué)和能源利用的未來發(fā)展。
二、研究內(nèi)容
（一）多能互補(bǔ)的能質(zhì)能勢表征與提質(zhì)增效機(jī)理。
針對多能互補(bǔ)的分布式能源系統(tǒng)中的能勢耦合與能的高效綜合梯級(jí)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(xué)能源頭互補(bǔ)方法，揭示燃料化學(xué)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(jī)制。研究多能源的能量有序釋放與動(dòng)力循環(huán)耦合，揭示互補(bǔ)過程燃料化學(xué)能與熱能高效梯級(jí)利用機(jī)制，發(fā)展多能源互補(bǔ)的能勢耦合理論與源頭節(jié)能方法，為多能源互補(bǔ)的分布式能源系統(tǒng)提供理論和方法基礎(chǔ)。
（二）多能互補(bǔ)的協(xié)同轉(zhuǎn)化與能勢耦合機(jī)制。
針對化石能源與可再生能源的源頭互補(bǔ)和過程匹配關(guān)鍵問題，探究燃料化學(xué)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(xué)能“源頭節(jié)能”與太陽能“提質(zhì)增效”的協(xié)同機(jī)制，提出太陽能與天然氣協(xié)同轉(zhuǎn)化新途徑；揭示燃?xì)廨啓C(jī)-燃料電池混合動(dòng)力系統(tǒng)能勢匹配機(jī)理，發(fā)展多元化燃料混合動(dòng)力過程的能量梯級(jí)利用方法，獲得強(qiáng)變負(fù)荷條件下的混合動(dòng)力系統(tǒng)熱質(zhì)時(shí)空分布規(guī)律及自適應(yīng)控制方法。
（三）多能互補(bǔ)的能量提質(zhì)與存儲(chǔ)。
針對分布式能源系統(tǒng)內(nèi)多品位化學(xué)能和熱能相互轉(zhuǎn)化、存儲(chǔ)和能量品位提升的關(guān)鍵問題，發(fā)展多能互補(bǔ)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(chǔ)利用過程中熱能品位提升的理化機(jī)制；研制高循環(huán)穩(wěn)定性、低成本的新型熱化學(xué)儲(chǔ)熱材料，探索非均勻能流條件下熱化學(xué)儲(chǔ)熱材料反應(yīng)性能優(yōu)化策略，發(fā)展拓?fù)鋬?yōu)化的高效儲(chǔ)能裝置設(shè)計(jì)方法，為多能互補(bǔ)分布式系統(tǒng)的能量提質(zhì)與存儲(chǔ)提供基礎(chǔ)指導(dǎo)理論和方法支撐。
（四）多能互補(bǔ)分布式能源系統(tǒng)的主動(dòng)調(diào)控。
針對高比例可再生能源非穩(wěn)態(tài)輸入和多種負(fù)荷輸出源荷匹配的關(guān)鍵問題，開展太陽能、風(fēng)能的全工況能質(zhì)互補(bǔ)特性與匹配規(guī)律研究；揭示冷、熱、電等用能負(fù)荷的周期性和隨機(jī)性動(dòng)態(tài)波動(dòng)特性；研究多能互補(bǔ)分布式系統(tǒng)能量傳遞、存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)化過程對用能負(fù)荷波動(dòng)的響應(yīng)特性；揭示源、儲(chǔ)、荷耦合特性規(guī)律，發(fā)展多能互補(bǔ)分布式系統(tǒng)全工況運(yùn)行調(diào)控策略；形成分布式能源系統(tǒng)多能互補(bǔ)、源儲(chǔ)荷匹配的主動(dòng)調(diào)控新方法。
三、申請注意事項(xiàng)
申請書的附注說明選擇“多能源互補(bǔ)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(xiàng)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(qiáng)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(dāng)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(yàn)十分匱乏。淺層單體地下工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)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(fù)雜動(dòng)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(jī)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(zāi)變耦聯(lián)機(jī)制復(fù)雜等科學(xué)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(jī)制、深層施工水-土-結(jié)構(gòu)耦合機(jī)理、深層地下結(jié)構(gòu)全生命周期性能劣化及恢復(fù)規(guī)律、深層地下空間災(zāi)變耦聯(lián)機(jī)制等基礎(chǔ)科學(xué)問題研究，建立深層地下工程系統(tǒng)的韌性設(shè)計(jì)理論體系。
一、科學(xué)目標(biāo)
針對深層地下空間工程系統(tǒng)具有隱蔽、不可逆、動(dòng)態(tài)變化，以及地下空間災(zāi)害破壞范圍廣、影響大等特點(diǎn)，探明深層地下空間開發(fā)地質(zhì)環(huán)境效應(yīng)和施工災(zāi)變機(jī)理，提出安全控制理論和方法，建立多種致災(zāi)因子作用下地下結(jié)構(gòu)性能劣化及恢復(fù)模型，為全生命周期韌性設(shè)計(jì)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(píng)估理論及提升方法，為深層地下空間韌性開發(fā)提供科學(xué)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(píng)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(dòng)、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(jī)制，建立深層地下空間地質(zhì)環(huán)境效應(yīng)評(píng)估理論和模型。
（二）深層地下空間施工災(zāi)變機(jī)理與安全控制。
研究深層地下施工力學(xué)行為，建立水-土-結(jié)構(gòu)時(shí)空耦合模型，分析深層土強(qiáng)卸載成拱機(jī)理及演化規(guī)律、高水壓滲透破壞機(jī)制、鄰近結(jié)構(gòu)變形機(jī)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(jì)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(jī)制，揭示地質(zhì)環(huán)境變化、施工擾動(dòng)、地震災(zāi)害等多種致災(zāi)因子作用下結(jié)構(gòu)性能劣化規(guī)律，建立相應(yīng)的災(zāi)后快速恢復(fù)模型，為深層地下結(jié)構(gòu)全生命周期韌性設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)。
（四）深層地下空間韌性評(píng)估與韌性提升。
研究多種致災(zāi)因子作用下深層巖土體-工程系統(tǒng)耦聯(lián)災(zāi)變機(jī)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(fù)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(píng)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(xiàng)目指南
北極蘊(yùn)藏豐富的油氣資源、具有巨大的航運(yùn)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(jì)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(jìn)入極地水域面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，結(jié)構(gòu)的主要載荷從波浪變?yōu)楹１O(shè)計(jì)技術(shù)與運(yùn)營保障發(fā)生根本變化。由于對極地冰環(huán)境的認(rèn)識(shí)不充分，北極戰(zhàn)略的重大需求和已掌握的科學(xué)理論間存在著巨大的差距，照搬國外的設(shè)計(jì)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(jì)和安全運(yùn)行保障的瓶頸。
一、科學(xué)目標(biāo)
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(dòng)等重大事故。因此，破解海冰力學(xué)行為的機(jī)理與演變規(guī)律、海冰的運(yùn)動(dòng)模式、海冰與結(jié)構(gòu)耦合機(jī)制等科學(xué)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(xué)目標(biāo)是：在海冰力學(xué)行為的跨尺度理論、冰場與波流的耦合機(jī)理、冰載荷與結(jié)構(gòu)物的互饋機(jī)制等方面取得重大進(jìn)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(jì)及安全運(yùn)行保障提供理論支撐。
二、研究內(nèi)容
（一）海冰力學(xué)行為的跨尺度演變規(guī)律。
主要研究海冰力學(xué)行為的多尺度效應(yīng)、跨尺度演變規(guī)律與控制機(jī)理、多尺度力學(xué)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(dòng)態(tài)耦合機(jī)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(jī)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(jī)理與模型、冰-水-結(jié)構(gòu)耦合下的冰載荷預(yù)報(bào)理論與方法。
（四）重型破冰船破冰能力預(yù)報(bào)方法。
主要研究重型破冰船破冰過程與碎冰運(yùn)動(dòng)、不同破冰模式下的破冰船運(yùn)動(dòng)性能和結(jié)構(gòu)冰激響應(yīng)、破冰能力預(yù)報(bào)方法及船型優(yōu)化。
（五）水下垂直破冰能力預(yù)報(bào)方法。
主要研究水下航行體準(zhǔn)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(yù)報(bào)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(gè)人觀點(diǎn)，作者水平有限，如有不科學(xué)之處，請?jiān)谙路搅粞灾刚?/p>
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