關(guān)于發(fā)布功能基元序構(gòu)的高性能材料基礎(chǔ)研究重大研究計劃2022年度項目指南的通告

國科金發(fā)計〔2022〕50號

 

　　國家自然科學(xué)基金委員會現(xiàn)發(fā)布功能基元序構(gòu)的高性能材料基礎(chǔ)研究重大研究計劃2022年度項目指南，請申請人和依托單位按項目指南中所述的要求和注意事項申請。

 

國家自然科學(xué)基金委員會

2022年10月18日

功能基元序構(gòu)的高性能材料基礎(chǔ)研究重大研究計劃2022年度項目指南

　　功能基元序構(gòu)的高性能材料是指以功能基元為基本單元，通過空間序構(gòu)構(gòu)成具有突破性、顛覆性宏觀性能的高性能材料?！肮δ芑笔窃谠?分子尺度和宏觀尺度之間引入具有特定功能的中間結(jié)構(gòu)單元，序構(gòu)指“功能基元”通過人工設(shè)計制造而成的特定的空間堆垛、排列方式，如有序結(jié)構(gòu)、長/短程有序結(jié)構(gòu)、梯度結(jié)構(gòu)等。功能基元序構(gòu)的材料可以突破元素種類的限制，為探索具有變革性和顛覆性的高性能材料提供了更大的空間。

　　一、科學(xué)目標(biāo)

　　本重大研究計劃瞄準(zhǔn)材料科學(xué)前沿，通過功能基元序構(gòu)構(gòu)建高性能新材料，滿足信息、結(jié)構(gòu)、能源等應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Σ牧系男枨螅鉀Q其中的關(guān)鍵科學(xué)問題與技術(shù)問題，揭示功能基元序構(gòu)材料中蘊含的規(guī)律，建立相應(yīng)的理論，發(fā)展材料設(shè)計的新原理和先進(jìn)制備技術(shù)，逐步實現(xiàn)按需設(shè)計變革性和顛覆性新材料的目標(biāo)。在此基礎(chǔ)上，探索和發(fā)展“功能基元序構(gòu)的高性能材料”的研究新范式，提高我國在國際材料科學(xué)前沿的整體創(chuàng)新能力。

　　二、核心科學(xué)問題

　　本重大研究計劃將組織材料、信息、數(shù)理、化學(xué)等學(xué)科的科學(xué)家共同開展研究，擬解決的核心科學(xué)問題如下：

　　（一）功能基元的本征特性（如物理化學(xué)性質(zhì)、微納結(jié)構(gòu)、形態(tài)、尺寸、分布等）對宏觀性能的影響規(guī)律及其調(diào)控機理。關(guān)注功能基元的臨界尺寸效應(yīng)和量子限域效應(yīng)；明確功能基元（如鐵電疇、鐵磁疇、孿晶、組分、結(jié)構(gòu)、低維量子材料、人工諧振單元等）與材料宏觀性能（如力、熱、光、聲、電、磁）之間的關(guān)聯(lián)；發(fā)現(xiàn)和構(gòu)筑影響材料宏觀新奇物性的關(guān)鍵功能基元。

　?。ǘ┬驑?gòu)對材料宏觀性能優(yōu)化增強的作用規(guī)律。研究序構(gòu)（如有序結(jié)構(gòu)、長/短程有序結(jié)構(gòu)、梯度結(jié)構(gòu)、無序結(jié)構(gòu)等）引發(fā)的功能基元間的耦合、增強效應(yīng)；明晰序構(gòu)對材料宏觀性能的影響機制。

　?。ㄈ┕δ芑驑?gòu)的協(xié)同關(guān)聯(lián)效應(yīng)。揭示功能基元序構(gòu)的協(xié)同關(guān)聯(lián)作用機制；發(fā)現(xiàn)超越功能基元本身的高性能甚至全新的性能；闡明“功能基元+序構(gòu)”與宏觀性能的關(guān)聯(lián)；建立按需設(shè)計功能基元序構(gòu)的高性能材料的方法。

　?。ㄋ模┕δ芑驑?gòu)高性能材料的制備科學(xué)與表征技術(shù)。發(fā)展“自上而下”“自下而上”制備功能基元序構(gòu)高性能新材料的方法與技術(shù)；發(fā)展人工序構(gòu)材料的結(jié)構(gòu)和性能表征技術(shù)。

　　三、2022年度資助研究方向

　?。ㄒ唬┕δ芑驑?gòu)新材料的設(shè)計理論、方法和物理基礎(chǔ)。

　　1. 研究“功能基元-人工序構(gòu)-超越性能”三者之間關(guān)系的物理基礎(chǔ)，探索功能基元序構(gòu)導(dǎo)致變革性材料的新規(guī)律、新理論和計算方法。包括功能基元結(jié)構(gòu)和性能（力、熱、光、聲、電、磁等）的特征尺寸效應(yīng)、量子限域效應(yīng)等；基元之間的關(guān)聯(lián)和耦合效應(yīng)；序構(gòu)導(dǎo)致的合作、增強和突現(xiàn)性效應(yīng)等。

　　2. 基于功能基元序構(gòu)的突破性和變革性新材料體系，發(fā)展功能基元序構(gòu)高性能材料的系統(tǒng)性設(shè)計理論和逆向設(shè)計方法，形成相應(yīng)的設(shè)計軟件和數(shù)據(jù)庫等。

　?。ǘ┫乱淮畔⒓夹g(shù)核心材料及器件。

　　1. 為滿足下一代信息系統(tǒng)應(yīng)用的迫切需求，探索解決光波和電磁波等信息載體在發(fā)射、探測和成像中的瓶頸問題, 發(fā)展基于“功能基元+序構(gòu)”的太赫茲波段的高效輻射及探測材料和原型器件。研究如下高性能材料及器件：室溫條件下，工作頻率范圍在0.6-1THz的高功率、連續(xù)波輸出的自由電子太赫茲相干輻射器件；基于二維電子?xùn)趴匦〕叨瓤删幋a有源動態(tài)超構(gòu)表面的高速高階太赫茲調(diào)制器；基于人工表面等離激元超構(gòu)材料的太赫茲片上高通量信道傳輸原型器件；工作頻率范圍在0.1-6THz、具有大動態(tài)范圍和高輻射功率、在通訊波段下工作的光電導(dǎo)太赫茲源和探測器。

　　2. 發(fā)展基于紫外光學(xué)材料的超構(gòu)透鏡設(shè)計方法和加工技術(shù)，制備大尺寸、多陣元、高效率的紫外超構(gòu)透鏡光學(xué)系統(tǒng)原型器件。

　　3. 調(diào)控極性拓?fù)洚牭淖园l(fā)序構(gòu)，研究和發(fā)現(xiàn)拓?fù)洚犎S空間的原子構(gòu)型及其新奇特性（如負(fù)電容、太赫茲諧振等效應(yīng)），制備可重構(gòu)、低功耗、高集成度的新型信息功能器件。

　?。ㄈ┏咝阅芙Y(jié)構(gòu)材料。

　　1. 發(fā)展針對高性能結(jié)構(gòu)材料的功能基元序構(gòu)的理論方法，建立相關(guān)的理論模型和設(shè)計軟件。重點研究高性能結(jié)構(gòu)材料中功能基元的特征尺寸、序構(gòu)方式與宏觀力學(xué)性能之間的定量關(guān)系，探索序構(gòu)后功能基元間的耦合所呈現(xiàn)的強韌化新效應(yīng)，發(fā)展相應(yīng)的數(shù)值模擬方法，研發(fā)先進(jìn)的材料制備技術(shù)；通過研究高性能材料的變形、斷裂等力學(xué)行為，驗證設(shè)計理論與方法的實用性，形成功能基元序構(gòu)高性能結(jié)構(gòu)材料的逆向設(shè)計和優(yōu)化方法、軟件和數(shù)據(jù)庫等。

　　2. 為滿足航空航天和國家重大工程等應(yīng)用的迫切需求，基于“功能基元+序構(gòu)”的途徑，重點解決傳統(tǒng)材料強度與塑性和韌性的矛盾，發(fā)展出綜合性能優(yōu)異的金屬和無機材料及其制備技術(shù)；發(fā)現(xiàn)超輕、超彈、超強、高溫隔熱、吸/透波等新材料，滿足極端服役條件對材料性能的苛刻要求，加強對結(jié)構(gòu)-功能一體化塑性陶瓷的探索。

　　（四）面向未來的高性能能量轉(zhuǎn)換與存儲新材料及器件。

　　1. 研究功能基元序構(gòu)熱電材料中電子/聲子相互作用動力學(xué)的新過程、新機制、新規(guī)律和新效應(yīng)，為新一代熱電材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計和創(chuàng)制、熱電性能的顛覆性突破提供重要的理論指導(dǎo)；設(shè)計和制備多場作用的電-磁-熱多功能基元序構(gòu)而成的熱電材料，研究序參量互作用增強的耦合效應(yīng)，發(fā)展高效固態(tài)制冷材料。

　　2. 基于功能基元序構(gòu)新原理，研究用于固態(tài)電池、光電轉(zhuǎn)化和高效催化的關(guān)鍵材料及器件。

　　四、項目遴選的基本原則

　　為確保實現(xiàn)總體科學(xué)目標(biāo)，本重大研究計劃要求申請項目的研究內(nèi)容必須符合本指南要求，圍繞“功能基元+序構(gòu)”的研究思路，以“突破性”“顛覆性”性能為研究導(dǎo)向，提煉其中的基礎(chǔ)科學(xué)問題，開展創(chuàng)新性研究。

　?。ㄒ唬┰谏暾垥行枰鞔_“功能基元”和“序構(gòu)”的定義?！肮δ芑钡男阅芸梢允菍こ５模肮δ芑?序構(gòu)”導(dǎo)致的宏觀材料的性能應(yīng)該超越功能基元本身，力爭實現(xiàn)變革性或顛覆性性能。

　　（二）提出并研究“功能基元+序構(gòu)”導(dǎo)致新效應(yīng)和高性能的科學(xué)和技術(shù)問題。

　?。ㄈ┮鞔_對實現(xiàn)本重大研究計劃總體科學(xué)目標(biāo)和解決核心科學(xué)問題的貢獻(xiàn)。

　　（四）鼓勵開展實質(zhì)性的國際合作。

　　五、2022年度資助計劃

　　對于有比較好的創(chuàng)新性研究思路或比較好的苗頭但尚需一段時間探索研究的申請，將以培育項目方式予以資助。鼓勵對功能基元序構(gòu)材料基本原理、材料逆向設(shè)計、太赫茲材料器件和超高性能結(jié)構(gòu)材料方向的探索性研究。2022年度擬資助培育項目10項，直接費用平均資助強度約60萬元/項，資助期限為3年，培育項目申請書中研究期限應(yīng)填寫“2023年1月1日－2025年12月31日”。

　　對于有較好研究基礎(chǔ)和積累、有明確的重要科學(xué)問題需要進(jìn)一步深入系統(tǒng)研究、體現(xiàn)學(xué)科交叉特征的申請，將以重點支持項目的方式予以資助。2022年度擬資助重點支持項目8項，直接費用平均資助強度約300萬元/項，資助期限為4年，重點支持項目申請書中研究期限應(yīng)填寫“2023年1月1日－2026年12月31日”。

　　六、申請要求及注意事項

　?。ㄒ唬┥暾垪l件。

　　本重大研究計劃項目申請人應(yīng)當(dāng)具備以下條件：

　　1.具有承擔(dān)基礎(chǔ)研究課題的經(jīng)歷；

　　2.具有高級專業(yè)技術(shù)職務(wù)（職稱）。

　　在站博士后研究人員、正在攻讀研究生學(xué)位以及無工作單位或者所在單位不是依托單位的人員不得作為申請人進(jìn)行申請。

　?。ǘ┫揄椛暾堃?guī)定。

　　執(zhí)行《2022年度國家自然科學(xué)基金項目指南》“申請規(guī)定”中限項申請規(guī)定的相關(guān)要求。

　?。ㄈ┥暾堊⒁馐马棥?/p>

　　申請人和依托單位應(yīng)當(dāng)認(rèn)真閱讀并執(zhí)行本項目指南、《2022年度國家自然科學(xué)基金項目指南》和《關(guān)于2022年度國家自然科學(xué)基金項目申請與結(jié)題等有關(guān)事項的通告》中相關(guān)要求。

　　1. 本重大研究計劃項目實行無紙化申請。申請書提交日期為2022年11月18日－11月23日16時。

　?。?）申請人應(yīng)當(dāng)按照科學(xué)基金網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)中重大研究計劃項目的填報說明與撰寫提綱要求在線填寫和提交電子申請書及附件材料。

　?。?）本重大研究計劃將緊密圍繞核心科學(xué)問題，對多學(xué)科相關(guān)研究進(jìn)行戰(zhàn)略性的方向引導(dǎo)和優(yōu)勢整合，成為一個項目集群。申請人應(yīng)根據(jù)本重大研究計劃擬解決的核心科學(xué)問題和項目指南公布的擬資助研究方向，自行擬定項目名稱、科學(xué)目標(biāo)、研究內(nèi)容、技術(shù)路線和相應(yīng)的研究經(jīng)費等。

　?。?）申請書中的資助類別選擇“重大研究計劃”，亞類說明選擇“培育項目”或“重點支持項目”，附注說明選擇“功能基元序構(gòu)的高性能材料基礎(chǔ)研究”，根據(jù)申請的具體研究內(nèi)容選擇相應(yīng)的申請代碼。

　　培育項目和重點支持項目的合作研究單位不得超過2個。

　?。?）申請人在申請書“立項依據(jù)與研究內(nèi)容”部分，應(yīng)當(dāng)首先說明申請符合本項目指南中的資助研究方向，以及對解決本重大研究計劃核心科學(xué)問題、實現(xiàn)本重大研究計劃科學(xué)目標(biāo)的貢獻(xiàn)。

　　如果申請人已經(jīng)承擔(dān)與本重大研究計劃相關(guān)的其他科技計劃項目，應(yīng)當(dāng)在申請書正文的“研究基礎(chǔ)與工作條件”部分論述申請項目與其他相關(guān)項目的區(qū)別與聯(lián)系。

　　2. 依托單位應(yīng)當(dāng)按照要求完成依托單位承諾、組織申請以及審核申請材料等工作。在2022年11月23日16時前通過信息系統(tǒng)逐項確認(rèn)提交本單位電子申請書及附件材料，并于11月24日16時前在線提交本單位項目申請清單。

　　3. 其他注意事項。

　?。?）為實現(xiàn)重大研究計劃總體科學(xué)目標(biāo)和多學(xué)科集成，獲得資助的項目負(fù)責(zé)人應(yīng)當(dāng)承諾遵守相關(guān)數(shù)據(jù)和資料管理與共享的規(guī)定，項目執(zhí)行過程中應(yīng)關(guān)注與本重大研究計劃其他項目之間的相互支撐關(guān)系。

　?。?）為加強項目的學(xué)術(shù)交流，促進(jìn)項目群的形成和多學(xué)科交叉與集成，本重大研究計劃將每年舉辦一次資助項目的年度學(xué)術(shù)交流會，并將不定期地組織相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)術(shù)研討會。獲資助項目負(fù)責(zé)人有義務(wù)參加本重大研究計劃指導(dǎo)專家組和管理工作組所組織的上述學(xué)術(shù)交流活動。

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　　國家自然科學(xué)基金委員會

　　工程與材料科學(xué)部材料科學(xué)一處

　　聯(lián)系電話：010-62327144

 

來源：國家自然科學(xué)基金委員會    

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