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自然基金规划遴选18个学科优先发展领域,材料科学有哪些?

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2016年6月14日,国务院新闻办公室举行国家自然科学基金“十三五”发展规划有关情况新闻发布会。从《国家自然科学基金“十三五”发展规划》的研究起草和征求意见建议等方面作了介绍,从发展理念和战略思路、发展目标和战略部署、工作重点及战略任务、精准管理和战略保障等《规划》的内容等方面,进行了相关政策解读。

《规划》的五项战略任务

一是聚焦科学前沿,加强前瞻部署。

二是强化智力支撑,培育科学英才。

三是创新仪器研制,强化条件支撑。

四是聚焦重大主题,推动交叉融合。

五是深化开放合作,推进国际化发展。

从三方面解决基础研究方面的问题

一是研究经费问题。基础研究投入上升的速度非常快,有一个数据,基金委刚成立的时候,国家的投入是8000万元人民币,现在是248亿,30年就升了300倍。随着总量的增加,我们以后不可能有这样上升的速度,总量的投入随着发展可能速度会降下来,但是总量还是会慢慢与国外总量并行。

二是科研诚信问题。基金委这些年在科研道德建设方面也在出台各种各样的法规、规范、规定、建议。

三是社会宽容问题。科学研究要做出原创的东西,需要较长时期的积累。量到了一定的时候才能产生质变,在我国,这个转折点大概在2020到2030年之间,我们需要更耐心一点。同时,社会对基础研究要宽容一些,要允许失败,只要认认真真的做,做出来、做不出来并不影响后续承担基金项目。社会对基础研究失败的宽容需要大家一起努力。

加强科研经费管理三大举措

基金委制定和发布了《国家自然科学基金资助项目资金管理办法》,三大举措并行,加强对科研经费的管理。

一是要完善制度体系。通过科学、公正、评审,依靠专家遴选出创新的项目,保证钱真正用在创新的人身上、创新方向上;建立具有公信力的评审制度平台,为科学遴选创新项目和人才孕育创新思想提供制度保障。

二是在钱的具体使用上,规范财务管理,健全安全、规范、高效的科学基金财务管理体系。逐步全面实现预算的绩效管理,强调尊重基础研究规律,构建职责清晰、科学规范、公开透明的资助项目、资金管理的新机制;在财务管理方面,要加大力度,完善间接成本补偿机制。

三是要加强资金监督。按照国家的要求,在经费的使用上少干预,按照最小化的原则对使用经费;按国家的要求,以抽查、审计的方式对项目经费使用进行总体把握和判断;充分发挥依托单位在科研经费管理的主体作用。

韩宇并指出,要明确和建立依托单位在行使资金监管主体责任等方面的信用等级评价体系,研究制定信用等级和间接经费挂钩的有效机制,真正形成一种正向激励的工作机制。基金委目前以专家决策机制管理科研经费。基金委所有项目评审都是按两轮来做,第一轮先由专家们在网上经过通讯评议,刷掉一部分,第二轮再由专家们采取现场投票的方式,决定结果,如此就杜绝了基金委内部人员进行权力寻租的可能。

将重点支持18个相关学科的战略发展

在综合考量学科发展国际趋势和我国基础研究发展现状的基础上,着眼于推动学科均衡协调可持续发展的战略要求,“十三五”期间,科学基金工作的学科发展布局以自然科学、工程科学和管理科学为基本框架,制定针对数学、力学、天文学、物理学、化学、纳米科学、生命科学、地球科学、资源与环境科学、空间科学、海洋科学、材料科学、能源科学、工程科学、信息科学、数据与计算科学、管理科学、医学等18个学科未来五年的发展战略。我们国家在这些学科发展上与发达国家还有很大差距,前期基础薄弱,基金委给予重点支持和倾斜,推动学科均衡发展,使落后学科尽快追赶上来。

力学:力学是关于力、运动及其关系的科学,研究介质运动、变形、流动的宏微观行为,揭示力学过程及其与物理、化学、生物学等过程的相互作用规律。已形成以动力学与控制、固体力学、流体力学、生物力学为主要分支学科,以爆炸与冲击动力学、环境力学、物理力学等为重要交叉学科的力学学科体系。未来五年,将继续鼓励原创性及引发学科理论创新的研究,重点加强面向国家重大需求的新概念、新理论、新方法和新技术研究,加大支持薄弱方向,不断促进学科交叉,培育新的学科生长点。到2020年,努力培养具有国际影响力的力学家,形成在国际上有影响力的学科高地。“十三五”期间,重点支持多场多过程下固体的本构理论及极端力学行为、近空间高超声速流场内局部稀薄气体流态机理和方法研究、高速流动中的可压缩湍流问题、非线性系统的跨时空尺度动力学耦合机理及其应用等前沿问题的研究;加强新型材料的本构关系与强度理论、超常环境下材料与结构的力学行为、湍流理论及机理、高超声速空气动力学模拟与实验、航空航天动力学与控制、生物组织与仿生材料的多尺度力学行为等优势学科;着力扶持多体动力学、结构力学和高速水动力学等薄弱学科;加强关注航空、航天、能源、海洋、环境、先进制造、交通运输、人类健康等重大需求领域中的关键力学问题,形成对国家重大需求的重要支撑能力。

物理学:物理学是研究物质结构及其相互作用和运动规律的科学。在更小微观尺度和更大宇观时空上探索物质的深层次结构及其相互作用,也研究复杂体系、多粒子运动等“演生”出来的凝聚合作现象和规律。未来五年,将继续保持我国已有的优势研究方向,重点促进主流方向全面进步,促进我国物理学整体水平提升;鼓励对根本性基础科学问题进行长期深入的探索,引导面向国家重大战略需求、为突破国家安全和经济发展中的瓶颈问题做出实质性贡献的研究。到2020年,争取有1-2个科学思想和关键技术上的重大突破,形成2个以上国际上起主导作用的研究团队和有特色的学派,实现原创性实验技术方法和核心仪器设备的关键性能力建设。“十三五”期间,重点支持自旋、轨道、电荷、声子多体相互作用及其宏观量子特性;光场调控及其与物质的相互作用;冷原子新物态及其量子光学;量子信息技术的物理基础与新型量子器件等研究,深入开展后Higgs时代的亚原子物理与探测、中微子特性、暗物质寻找和宇宙线探测、硬X射线自由电子激光及其加速器物理研究;进一步扶持原子分子物理和等离子体物理等学科,增强软凝聚态物理、统计物理研究力量;加强物理学在与信息、能源和生命科学等学科交叉融合中的实质性作用。

化学:化学是研究化学反应和物质转化的学科,是创造新分子和构建新物质的根本手段,是与其他相关学科密切交叉和相互渗透的一门中心科学。当代化学发展的核心问题是如何实现化学合成与过程及功能的精准控制。化学科学在国家工业生产、经济发展、环境健康和国家安全等相关领域的发展中具有无可替代的作用与价值。未来五年,将强化基础性、前瞻性、交叉性和变革性的创新研究,实现从量的扩张到质的提升,使我国化学研究的部分领域在全球化学研究中成为开拓者和引领者;培养一支具有国际视野的杰出人才队伍,形成若干引领化学发展的创新团队;在若干化学领域取得重大科学突破。“十三五”期间,针对分子精准转化的目标,实现功能分子的高效绿色合成、组装及新形态与新功能物质的构建;重点发展宏量制备及相关复杂反应体系的介尺度理论与方法,重视化学与化工过程的协同研究;优先支持面向能源高效转化与利用的催化与表界面科学;强化基于新原理的化学精准测量与分子成像技术研究;深化化学动态修饰调控的生物大分子及其生物学意义的认识;探究化学物质对人类健康与生态环境的系统功能关系;重点扶持团簇和仿生化学及其应用;引导基于国家重大战略需求的选态化学及理论与计算化学的基础研究等。

纳米科学:纳米科学是在纳米尺度上研究物质的相互作用、组成、特性、制造方法以及由纳米结构集成的功能系统的科学,主要包括纳米表征技术,纳米材料的制备及其在能源、环境、催化领域的应用,纳米器件与制造,纳米生物医学以及纳米标准与安全等五个领域的研究。未来五年,进一步加强和促进纳米材料的精准/可控制备,发展高时间、空间分辨的纳米表征技术以及纳米结构的定量分析技术,加强新型微纳器件的开发与制造加工和集成技术,开拓面向能源、环境和生物医药领域应用的纳米材料,进一步揭示与评价纳米材料的生物效应与生物安全性,制定面向纳米领域应用的重要标准。到2020年,在保持论文总量和被引用次数世界第一的基础上,争取在纳米科技领域有1-2个原创性的重大突破,形成2个以上国际上起主导作用的学科高地,有10人左右进入TOP1%科学家行列。“十三五”期间,重点支持纳米材料与纳米结构的精准/可控制备;纳米催化的本质以及应用;新型碳纳米材料以及碳纳米材料在电子器件、生物医药方面的应用;亚纳米尺度以及多层次表面微结构的表征新方法;面向能源高效转化、环境治理的多层次纳米材料;纳米生物效应与诊疗技术,基于纳米效应的器件设计与制造,功能仿生纳米材料与自组装,多维纳米打印制造,结构材料的纳米化以及纳米科技的基础理论等研究方向。

材料科学:材料科学是研究材料成分、制备与加工、组织结构与性能、材料使用性能诸要素以及它们之间相互关系的科学。既是以探索材料科学技术自身规律为目标的基础学科,又是与工程技术密切相关的应用学科。未来五年,将继续资助我国已有的优势领域,并在国际主流研究和发展方向上加大资助力度,为发展具有自主知识产权的材料体系打下坚实的理论基础。同时重视促进学科交叉研究,如材料科学与信息技术、能源利用、环境科学和生命科学等重要应用领域的交叉融合,形成新的学科交叉研究热点;特别重视开展应用目标导向的材料科学基础研究。到2020年,形成3-5个在国际上有较大影响力的学术研究成果或解决国家重大需求的科技成果,培育3-5个在国际上有较大影响力的创新研究团队和若干名在国际上有影响的青年材料科学家。“十三五”期间,重点支持金属非晶材料、轻质合金材料、低维碳材料、新型功能材料、有机光电材料、生物医用材料、通用材料高性能化等方面的前沿和基础研究,发展计算材料学和新材料制备科学,加强基于新原理和新效应的材料性能测试方法研究及表征手段研究,注重材料的资源化可持续利用研究,提升传统材料绿色制备技术水平。

能源科学:能源科学是研究能源在勘探、开采、运输、转化、存储和利用中的基本规律及其应用的科学,其研究对象包括自然界广泛存在的化石能源、可再生能源和新能源等,以及由此转化而来的电能和氢能等各种能量形式、能质相互转化和有效利用的各个方面。未来五年,将继续保持我国的优势领域,扶持相对薄弱的分支领域,鼓励和促进学科交叉与融合研究;深入研究能源高效洁净转化、新能源和可再生能源利用、维护国家能源安全及环境保护的能源相关基础理论与关键技术,推动我国能源学科整体发展达到国际先进水平,为我国经济社会可持续发展提供理论和技术支撑。到2020年,取得3-5个具有国际引领水平的基础研究成果或支持国家能源可持续发展战略的应用成果,培养具有竞争国际知名奖项能力的青年科学家,形成3-5个由多位国际知名科学家组成的高水平研究群体。“十三五”期间,重点支持新概念热学-热质理论、化石能源高效清洁燃烧、多相流热物理与太阳能光热化学研究、新型热动力循环和超常极端条件下的传热传质研究、智能电网和新一代能源电力系统、高效能电机及系统基础研究、电力电子系统可靠运行理论与优化方法、可再生能源大规模利用、高效低成本规模化电能存储等研究领域

工程科学:工程科学是研究人造结构及其系统在特定条件下的表象及相关规律的科学,主要包括冶金与矿业工程、机械工程、建筑环境与土木工程、水利科学与海洋工程等学科。未来五年,在继续支持我国具有优势或特色的研究方向基础上,积极推动协同创新研究;结合经济社会发展以及国防安全等方面的重大需求,瞄准国际前沿开展基础研究,并形成具有自主知识产权的核心技术;加强和促进工程科学与其他学科之间的交叉与融合,推动工程领域开展实质性的国际合作,尽快缩短我国与世界强国在工程科学领域基础研究的差距,在若干方向和技术领域实现与发达国家“并跑”。到2020年,形成若干个在国际上有重要影响力的研究团队或群体,有更多的青年学者在国际一流学术会议上作主题报告。“十三五”期间,重点支持领域包括化石能源高效开发与灾害防控理论、高效提取冶金及高性能材料制备加工过程科学、复杂机电系统集成设计、增材制造技术基础研究、机械表面/界面效应与控制、多种灾害作用下的高性能结构全寿命可靠性设计理论、绿色建筑设计理论与方法、变化环境下水资源高效利用与生态水利等。

……

化学科学部优先发展领域

(1)化学精准合成

主要研究方向:新试剂、新反应、新概念、新策略和新理论驱动的合成化学;非常规和极端条件下的合成化学;原子经济、绿色可持续和精准可控的合成方法与技术;化学原理驱动的合成生物学;特定功能导向的新分子、新物质和新材料的创造。

(2)高效催化过程及其动态表征

主要研究方向:构筑特定结构和功能催化材料的新方法与新概念;催化活性位点的调控;原位、动态、高时空分辨的催化表征新方法与新技术;催化反应机理和过程的新理论方法。

(3)化学反应与功能的表界面基础研究

主要研究方向:表界面结构与电子态的新颖特性;表界面修饰和反应性的调控;分子吸附、组装、活化与反应;外场调控与表界面反应性能增强;多尺度、多组分复杂界面电化学体系;新介质体系中的胶体以及界面现象;表界面过程研究的新理论和新方法。

(4)复杂体系的理论与计算化学

主要研究方向:强关联及激发态的电子结构理论新方法;针对大分子和凝聚相体系的低标度有效算法;针对复杂体系,发展多尺度的动力学理论,包括量子动力学、量子-经典混合以及经典动力学。

(5)化学精准测量与分子成像

主要研究方向:新的分析策略、原理与方法;超高时空分辨光谱技术与成像分析;多维谱学原理与技术;单分子、生物大分子和单细胞的精准测量、表征及操控;活体的原位和实时分析;生物传感与重大疾病诊断;公共安全预警、甄别与溯源;大科学装置的应用;极端条件下的化学测量与分析。

(6)分子选态与动力学控制

主要研究方向:高效分子振动态制备技术和基于相干光源的探测技术;多原子反应动态学;表界面化学反应动力学;分子振动激发态、电子激发态及非绝热动力学;多元复杂体系的动力学测量及模拟。

(7)先进功能材料的分子基础

主要研究方向:新型功能材料体系的分子基础与原理,以及多尺度结构及宏观性能控制;高性能和多功能新材料的创制,这些性能与功能包括面向能源、健康、环境和信息等领域的光、电、磁、分离、吸附、仿生、能量储存与转换、药物输运、自修复、极端条件应用等。特别注重我国特色资源的研究和深度利用。

(8)可持续的绿色化工过程

主要研究方向:复杂体系化工基础数据的精准测量与建模;限域空间或极端条件下的质荷与能量传递和反应;复杂化工体系介尺度理论与方法;基于原子经济性和宏量制备的化工过程及过程强化技术。

(9)环境污染与健康危害中的化学追踪与控制

主要研究方向:复杂环境介质中污染物的表征与分析,多介质界面行为与调控;大气复合污染控制;灰霾形成机制与健康风险;水和土壤污染过程控制与修复;持久性有毒污染物环境暴露与健康效应;环境中抗生素及抗性基因的传播与控制;放射性物质的环境行为与防控。

(10)生命体系功能的分子调控

主要研究方向:以细胞命运调控为主线的分子探针设计、合成及应用;生物大分子的合成、标记、操纵、动态修饰、化学干预及其相互作用网络定量化;小分子对生物大分子的系统调控;重要生物活性分子的发现与修饰;重大疾病治疗的先导药物发现和靶点识别。

(11)新能源化学体系的构建

主要研究方向:碳基能源的高效催化转化;燃料电池、二次电池和超级电容器等电化学能量储存与转化系统集成;高效太阳能电池材料设计与制备、器件组装与集成的光电转换过程化学;纤维素类生物质选择转化和生物燃料电池。

(12)聚集体与纳米化学

主要研究方向:分子聚集体中的基元协同作用;大分子、超分子和纳米结构的精确构筑和调控;大分子凝聚态结构、动态演变及其理论与计算方法。

(13)多级团簇结构与仿生

主要研究方向:团簇的精准制备、本征性质表征和理论;团簇的动态生长、机理、结构和性能;团簇多级结构的构筑与协同效应;仿生团簇的生物功能和高效化学活性。

工程与材料科学部优先发展领域

(1)亚稳金属材料的微结构和变形机理

主要研究方向:发展新型具有特殊性能的非晶态合金体系;复杂合金相的结构和性能研究;结构特征与表征方法;结构与热稳定性;变形机理及强化机制;脆性断裂机理及韧化;深过冷条件下的凝固行为及晶体形核和生长过程研究。

(2)高性能轻质金属材料的制备加工和性能调控

主要研究方向:轻质金属材料(铝、镁、钛合金和泡沫金属等)合金设计、强韧化机理及组织性能调控研究;先进铸造、塑性加工以及连接过程中的工艺、组织和性能调控的基础理论研究;使役性能与防护基础理论研究;烧结金属孔结构控制基础研究。

(3)低维碳材料

主要研究方向:低维碳材料的结构特征及其新物性的物理起因;低维碳材料中电子、光子、声子等的运动规律和机制;低维碳材料的可控制备原理与规模化制备方法;低维碳材料的新物性、新效应、新原理器件和新应用探索。

(4)新型无机功能材料

主要研究方向:基于微观物理模型和物理图像的高温超导机理研究与应用;多铁性材料的合成和磁电耦合机理与应用;超材料的结构设计原理及其新效应器件;阻变材料的物理机制和器件忆阻行为的可调控性及原型器件研究。

(5)高分子材料加工的新原理和新方法

主要研究方向:高分子材料加工中结构演变的物理与化学问题;高分子材料非线性流变学,以及高分子加工不稳定现象的机理;高分子材料加工的多尺度模拟与预测;高分子材料加工的在线表征方法;微纳尺度加工等新型加工方法,以及基于原理创新的加工技术。

(6)生物活性物质控释/递送系统载体材料

主要研究方向:生物启发型和病灶微环境响应载体材料;疾病免疫治疗药物载体材料;核酸类药物载体材料及其递送系统;具高灵敏度、组织和细胞高靶向性及信号放大功能的分子探针,以及诊-治一体化的高分子载体材料及其递送系统。

(7)化石能源高效开发与灾害防控理论

主要研究方向:实钻地层物化特性和岩石力学;油气藏开发,复杂工况管柱与管线,复杂油气工程相互作用及流动;开采条件下岩体本构关系,多相、多场耦合的多尺度变形破坏机理;极端条件下开采机器人化的信息融合与决策。

(8)高效提取冶金及高性能材料制备加工过程科学

主要研究方向:冶金关键物化数据;选冶过程物相结构演变;反应器新原理与新流程,低碳炼铁;高效转化与清洁分离,二次资源利用,高效连铸;高性能粉末冶金材料;多场作用下的金属凝固;界面科学;冶金过程高效利用。

(9)机械表面界面行为与调控

主要研究方向:界面接触与粘着机理;表/界面能形成机理及应用;受限条件下界面行为调控;运动体与介质界面行为;生物组织/人工材料界面行为;生物组织界面损伤与修复。

(10)增材制造技术基础

主要研究方向:高效、高精度增材制造方法;先进材料增材制造技术及性能调控;材料、结构与器件一体化制造原理与方法;生物3D打印及功能重建;多尺度增材制造原理与方法。

(11)传热传质与先进热力系统

主要研究方向:非常规条件及微纳尺度传热的基础研究;基于先进热力循环的新型高效能量转换与利用系统;生物传热传质基础理论及仿生热学;热学探索-热质理论的微观基础及其与宏观规律的统一。

(12)燃烧反应途径调控

主要研究方向:基于燃料设计和混合气活性控制的燃烧反应途径调控研究;非平衡等离子体燃烧反应途径调控研究;以催化辅助、无焰燃烧、富氧燃烧和化学链燃烧等新型燃烧技术为主燃烧反应途径调控研究;基于尺度效应的燃烧反应途径调控;基于物理过程控制的燃烧反应途径调控。

(13)新一代能源电力系统基础研究

主要研究方向:新一代能源电力系统的体系架构及系统安全稳定问题作用机理(包括智能电厂和智能电网等方面);电工新材料应用及新装备的研制、运行和服役中的相关科学问题;多种能源系统的互联耦合方式;供需互动用电、能源电力与信息系统的交互机制;系统运行机制与能源电力市场理论;网络综合规划理论与方法。

(14)高效能高品质电机系统基础科学问题

主要研究方向:电-磁-力-热-流体多物理场交叉耦合与演化作用机理;“结构-制造-性能-材料服役行为”的耦合规律和综合分析方法;多约束条件下电机系统及其驱动控制;电机系统的新型拓扑结构、设计理论与方法、制造工艺、控制策略。

(15)多种灾害作用下的结构全寿命整体可靠性设计理论

主要研究方向:多种灾害(地震、风灾、火灾、爆炸等)作用下的土木工程结构全寿命可靠性设计理论与方法;多种灾害作用危险性分析原理,工程结构时、空多尺度破坏规律,高性能结构体系与可恢复功能结构体系,防御多种灾害的结构整体可靠度设计理论与方法。

(16)绿色建筑设计理论与方法

主要研究方向:建筑形体、空间、平面和构造与绿色建筑评价指标体系的耦合作用规律;不同地域绿色居住建筑模式、公共建筑和工业建筑绿色设计的原理、方法、技术体系和评价标准。

(17)面向资源节约的绿色冶金过程工程科学

主要研究方向:外场强化下的资源转化机理和节能理论;非常规介质特别是高温熔体中强化反应传递过程的机理和调控机制;物质相互作用的特殊现象和反应机理、热力学与动力学调控机制;多因素多组元固/液/气界面结构及界面反应;反应器内及各种物理场下的化学反应、物质、能量传输的耦合机制;资源利用过程中的高效、低碳排放转化的共性科学问题。

(18)重大库坝和海洋平台全寿命周期性能演变

主要研究方向:深部岩土破坏力学;库坝和海洋平台材料性能演变;库坝和海洋平台多相多场耦合与性能演变及灾变风险;库坝和海洋平台的实时监控与防灾减灾。

 

来源:国家自然科学基金委员会。材料科学与工程整理。

 

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