變革性技術關鍵科學問題重點專項公布13個研究方向 國撥經費3.9億

日前，科技部發布了《科技部關于發布國家重點研發計劃變革性技術關鍵科學問題重點專項2017年度項目申報指南的通知》。根據該通知，2017年變革性技術關鍵科學問題重點專項將圍繞化學鍵精準重構、超構材料、精確介觀測量、新型太赫茲輻射源等方向部署13個研究方向，國撥總經費約3.9億元。同一指南方向下，原則上只支持1項，僅在申報項目評審結果相近，技術路線明顯不同，可同時支持2項，并建立動態調整機制，根據中期評估結果，再擇優繼續支持。

以下是5項材料相關研究方向

1. 電-熱耦合催化能源小分子化學鍵的精準重構

研究內容：能源小分子的活化和轉化是化石能源高效利用的核心，常規轉化過程存在高耗能、高耗水、低選擇性等瓶頸；發展基于電-熱耦合催化分子選鍵活化新方法，促進甲烷和二氧化碳等碳基小分子中碳-氫、碳-氧和碳-碳鍵精準重構，實現溫和條件下甲烷無氧活化和轉化的變革性方式，發展甲烷與二氧化碳以及甲烷與煤碳中性轉化的原子煉制新過程。

考核指標：利用電場等外場激發與納米和單原子活性中心催化相耦合，實現溫和條件下甲烷的活化和轉化，闡明自由基反應和外場增強活化等非常規甲烷活化機制；突破甲烷利用的傳統方式，與煤轉化或二氧化碳轉化過程相耦合，實現轉化過程的碳、氫、氧自身平衡（碳中性），有效降低碳基能源利用中的二氧化碳排放和水的消耗；發展外場作用下表界面反應的原位表征技術和方法，對表面催化反應的初生產物、中間物種以及過渡態進行有效探測，實現在原子分子層次上對變革性反應過程的理解。

2. 數字編碼和現場可編程超構材料

研究內容：超構材料是物理和信息領域的前沿方向，但現有的基于等效媒質超構材料屬于模擬體系，很難實時地調控電磁波。本項目建立數字編碼和現場可編程超構材料新體系，包括：數字編碼超構材料對電磁波近遠場的調控理論；數字編碼超構材料的信息論操作及數字信號處理運算；高比特位數字編碼和現場可編程超構材料的設計方法及物理實現。

考核指標：建立數字編碼超構材料對電磁波近遠場的調控理論并探索其高效求解方法，挖掘信息論操作和數字信號處理給數字編碼超構材料調控電磁波帶來的新物理特征和新應用潛力，制備高比特位數字編碼和現場可編程超構材料（編碼切換時間小于30 ms，工作頻率覆蓋X、Ku、Ka波段，編碼狀態誤差小于10%）；發展雙頻數字編碼和現場可編程超構材料、各向異性數字編碼和現場可編程超構材料、頻（時）空聯合數字編碼超構材料、以及幅相聯合數字編碼超構材料；研制基于數字信號處理、現場可編程門陣列（FPGA）控制模塊和數字編碼超構材料軟硬件一體化的現場可編程信息系統原型。

3. 人體器官芯片的精準介觀測量

研究內容：探索人體器官芯片生化特征介觀測量與表征新原理與方法，從分子、細胞到組織、器官甚至系統的多個層次，建立具有多參數、多維度、多模態的高分辨率在線精準檢測手段，以實現對微器官的實時監控和對微結構仿生狀態的客觀評估，并研究器官芯片的模型特征，驗證其與人體組織的相似性，為藥物篩選和疾病治療提供技術支撐。

考核指標：從分子、細胞到組織、器官甚至系統的多個層次，建立可與肝臟、心臟等器官芯片集成的多模態精準介觀測量與表征全新技術體系，具體包括：1）發展在毫米量級的三維空間視場下空間分辨率達到亞細胞量級的快速成像技術；2）發展成像范圍在毫米量級的高分辨率多模態檢測，空間分辨率亞微米水平；3）發展復雜環境下分子水平的超高時空分辨率檢測新技術，實現對人體芯片中生物表界面的介觀測量；4）發展三維智能仿生支架材料，原位構建人體芯片在線檢測技術，檢測指標不少于5個。實現對可用于藥物篩選與疾病療效評價的人體組織／器官芯片進行示范性的篩選評估。

4. 界面調控與構筑實現材料素化的原理及演示驗證

研究內容：跨尺度界面（晶界、相界）結構的形成、演化、調控規律；界面數量及分布、結構、成分與材料力學性能和物理性能間的關系；界面調控實現高溫合金素化原理驗證；界面調控實現熱電材料素化原理驗證。通過界面調控與構筑實現材料素化，突破材料發展過度依賴合金化的瓶頸，減少稀、貴、毒元素的使用，促進回收再利用，實現可持續發展。

考核指標：研究晶界調控方法以及合金元素在晶界與相界的偏析規律，在三種典型不同材料中實現材料的低能晶界含量超過50%以上，發展出高穩定性相界控制方法。建立不同類型界面與材料的力學性能、物理性能之間的關系。圍繞高溫結構素化，在鑄造高溫合金中實現合金不含錸和釕，合金密度≤8.6g/cm³、高溫強度高于1100℃/137MPa，持久壽命≥120h；在變形高溫合金中實現Co含量≤20%，特殊晶界含量>30%，760°C的σ_0.2>900MPa，760°C/480MPa持久壽命>450h。降低高溫合金對稀貴資源的依賴，降低高溫合金成本。在Bi₂Te₃合金體系中通過界面調控實現現有無機熱電材料優值系數（ZT）值提升20%以上。發展環境友好型和資源節約型新型熱電材料。

5. 面向生物醫學應用研究的新型太赫茲輻射源

研究內容：面向太赫茲波生物效應及檢測等生物醫學應用，探索自由電子與新興材料及新型結構互作用產生太赫茲輻射的物理機制，揭示變革性太赫茲輻射的基本規律，突破傳統太赫茲輻射源的技術瓶頸，產生寬頻帶可調諧、大功率、連續波小型化和具有一定無衍射長度的相干太赫茲輻射。

考核指標：研發出頻段可調諧、連續波、室溫工作、瓦級功率輸出、具有一定無衍射長度的相干太赫茲輻射源。

完整的指南請點擊下載：“變革性技術關鍵科學問題”重點專項2017年度項目申報指南

材料牛編輯整理。