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(jì)劃2022年度項(xiàng)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(guò)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。“功能基元”是在原子/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(guò)人工設(shè)計(jì)制造而成的特定的空間堆垛、排列方式，如有序結(jié)構(gòu)、長(zhǎng)/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(jì)劃瞄準(zhǔn)材料科學(xué)前沿，通過(guò)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?，解決其中的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題與技術(shù)問(wèn)題，揭示功能基元序構(gòu)材料中蘊(yùn)含的規(guī)律，建立相應(yīng)的理論，發(fā)展材料設(shè)計(jì)的新原理和先進(jìn)制備技術(shù)，逐步實(shí)現(xiàn)按需設(shè)計(jì)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(guó)在國(guó)際材料科學(xué)前沿的整體創(chuàng)新能力。
二、核心科學(xué)問(wèn)題
本重大研究計(jì)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(wèn)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(duì)宏觀性能的影響規(guī)律及其調(diào)控機(jī)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。
（二）序構(gòu)對(duì)材料宏觀性能優(yōu)化增強(qiáng)的作用規(guī)律。研究序構(gòu)（如有序結(jié)構(gòu)、長(zhǎng)/短程有序結(jié)構(gòu)、梯度結(jié)構(gòu)、無(wú)序結(jié)構(gòu)等）引發(fā)的功能基元間的耦合、增強(qiáng)效應(yīng)；明晰序構(gòu)對(duì)材料宏觀性能的影響機(jī)制。
（三）功能基元序構(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(jī)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(jì)功能基元序構(gòu)的高性能材料的方法。
（四）功能基元序構(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
（一）功能基元序構(gòu)新材料的設(shè)計(jì)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(jì)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(qiáng)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(jì)理論和逆向設(shè)計(jì)方法，形成相應(yīng)的設(shè)計(jì)軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)等。
（二）下一代信息技術(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(cè)和成像中的瓶頸問(wèn)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(cè)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(dòng)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(dòng)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(cè)器。
2. 發(fā)展基于紫外光學(xué)材料的超構(gòu)透鏡設(shè)計(jì)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。
（三）超高性能結(jié)構(gòu)材料。
1. 發(fā)展針對(duì)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(jì)軟件。重點(diǎn)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(qiáng)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(guò)研究高性能材料的變形、斷裂等力學(xué)行為，驗(yàn)證設(shè)計(jì)理論與方法的實(shí)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(jì)和優(yōu)化方法、軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)等。
2. 為滿足航空航天和國(guó)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(diǎn)解決傳統(tǒng)材料強(qiáng)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(wú)機(jī)材料及其制備技術(shù)；發(fā)現(xiàn)超輕、超彈、超強(qiáng)、高溫隔熱、吸/透波等新材料，滿足極端服役條件對(duì)材料性能的苛刻要求，加強(qiáng)對(duì)結(jié)構(gòu)-功能一體化塑性陶瓷的探索。
（四）面向未來(lái)的高性能能量轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)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(dòng)力學(xué)的新過(guò)程、新機(jī)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(jì)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(jì)和制備多場(chǎng)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(qiáng)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(xiàng)目遴選的基本原則
為確保實(shí)現(xiàn)總體科學(xué)目標(biāo)，本重大研究計(jì)劃要求申請(qǐng)項(xiàng)目的研究?jī)?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(wèn)題，開展創(chuàng)新性研究。
（一）在申請(qǐng)書中需要明確“功能基元”和“序構(gòu)”的定義?！肮δ芑钡男阅芸梢允菍こ５?，但“功能基元+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(zhēng)實(shí)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(wèn)題。
（三）要明確對(duì)實(shí)現(xiàn)本重大研究計(jì)劃總體科學(xué)目標(biāo)和解決核心科學(xué)問(wèn)題的貢獻(xiàn)。
（四）鼓勵(lì)開展實(shí)質(zhì)性的國(guó)際合作。
五、2022年度資助計(jì)劃
對(duì)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(shí)間探索研究的申請(qǐng)，將以培育項(xiàng)目方式予以資助。鼓勵(lì)對(duì)功能基元序構(gòu)材料基本原理、材料逆向設(shè)計(jì)、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(xiàng)目10項(xiàng)，直接費(fèi)用平均資助強(qiáng)度約60萬(wàn)元/項(xiàng)，資助期限為3年，培育項(xiàng)目申請(qǐng)書中研究期限應(yīng)填寫“2023年1月1日－2025年12月31日”。
對(duì)于有較好研究基礎(chǔ)和積累、有明確的重要科學(xué)問(wèn)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(qǐng)，將以重點(diǎn)支持項(xiàng)目的方式予以資助。2022年度擬資助重點(diǎn)支持項(xiàng)目8項(xiàng)，直接費(fèi)用平均資助強(qiáng)度約300萬(wàn)元/項(xiàng)，資助期限為4年，重點(diǎn)支持項(xiàng)目申請(qǐng)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(qǐng)要求及注意事項(xiàng)
（一）申請(qǐng)條件。
本重大研究計(jì)劃項(xiàng)目申請(qǐng)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(jí)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(wú)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(qǐng)人進(jìn)行申請(qǐng)。
（二）限項(xiàng)申請(qǐng)規(guī)定。
執(zhí)行《2022年度國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目指南》“申請(qǐng)規(guī)定”中限項(xiàng)申請(qǐng)規(guī)定的相關(guān)要求。
（三）申請(qǐng)注意事項(xiàng)。
申請(qǐng)人和依托單位應(yīng)當(dāng)認(rèn)真閱讀并執(zhí)行本項(xiàng)目指南、《2022年度國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目指南》和《關(guān)于2022年度國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目申請(qǐng)與結(jié)題等有關(guān)事項(xiàng)的通告》中相關(guān)要求。
1. 本重大研究計(jì)劃項(xiàng)目實(shí)行無(wú)紙化申請(qǐng)。申請(qǐng)書提交日期為2022年11月18日－11月23日16時(shí)。
（1）申請(qǐng)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(jì)劃項(xiàng)目的填報(bào)說(shuō)明與撰寫提綱要求在線填寫和提交電子申請(qǐng)書及附件材料。
（2）本重大研究計(jì)劃將緊密圍繞核心科學(xué)問(wèn)題，對(duì)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(shì)整合，成為一個(gè)項(xiàng)目集群。申請(qǐng)人應(yīng)根據(jù)本重大研究計(jì)劃擬解決的核心科學(xué)問(wèn)題和項(xiàng)目指南公布的擬資助研究方向，自行擬定項(xiàng)目名稱、科學(xué)目標(biāo)、研究?jī)?nèi)容、技術(shù)路線和相應(yīng)的研究經(jīng)費(fèi)等。
（3）申請(qǐng)書中的資助類別選擇“重大研究計(jì)劃”，亞類說(shuō)明選擇“培育項(xiàng)目”或“重點(diǎn)支持項(xiàng)目”，附注說(shuō)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(qǐng)的具體研究?jī)?nèi)容選擇相應(yīng)的申請(qǐng)代碼。
培育項(xiàng)目和重點(diǎn)支持項(xiàng)目的合作研究單位不得超過(guò)2個(gè)。
（4）申請(qǐng)人在申請(qǐng)書“立項(xiàng)依據(jù)與研究?jī)?nèi)容”部分，應(yīng)當(dāng)首先說(shuō)明申請(qǐng)符合本項(xiàng)目指南中的資助研究方向，以及對(duì)解決本重大研究計(jì)劃核心科學(xué)問(wèn)題、實(shí)現(xiàn)本重大研究計(jì)劃科學(xué)目標(biāo)的貢獻(xiàn)。
如果申請(qǐng)人已經(jīng)承擔(dān)與本重大研究計(jì)劃相關(guān)的其他科技計(jì)劃項(xiàng)目，應(yīng)當(dāng)在申請(qǐng)書正文的“研究基礎(chǔ)與工作條件”部分論述申請(qǐng)項(xiàng)目與其他相關(guān)項(xiàng)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(qǐng)以及審核申請(qǐng)材料等工作。在2022年11月23日16時(shí)前通過(guò)信息系統(tǒng)逐項(xiàng)確認(rèn)提交本單位電子申請(qǐng)書及附件材料，并于11月24日16時(shí)前在線提交本單位項(xiàng)目申請(qǐng)清單。
3. 其他注意事項(xiàng)。
（1）為實(shí)現(xiàn)重大研究計(jì)劃總體科學(xué)目標(biāo)和多學(xué)科集成，獲得資助的項(xiàng)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(xiàng)目執(zhí)行過(guò)程中應(yīng)關(guān)注與本重大研究計(jì)劃其他項(xiàng)目之間的相互支撐關(guān)系。
（2）為加強(qiáng)項(xiàng)目的學(xué)術(shù)交流，促進(jìn)項(xiàng)目群的形成和多學(xué)科交叉與集成，本重大研究計(jì)劃將每年舉辦一次資助項(xiàng)目的年度學(xué)術(shù)交流會(huì)，并將不定期地組織相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)術(shù)研討會(huì)。獲資助項(xiàng)目負(fù)責(zé)人有義務(wù)參加本重大研究計(jì)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(dòng)。
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