“变革性技术关键科学问题”重点专项：2021年拟拨6.37亿，围绕材料等5领域部署

3月29日，科技部发布了国家重点研发计划“变革性技术关键科学问题”重点专项2021年度项目申报指南。

“变革性技术关键科学问题”重点专项，重点支持相关重要科学前沿或我国科学家取得原创突破，应用前景明确，有望产出具有变革性影响技术原型，对经济社会发展产生重大影响的前瞻性、原创性的基础研究和前沿交叉研究。

指南中明确，该重点专项2021年拟部署项目的国拨概算总经费为6.37亿元，将围绕空间、电子信息、材料、地学及生命等5个领域方向部署项目，优先支持34个指南方向。

1. 月球内部圈层结构与演化过程的研究

利用历史数据特别是嫦娥系列月球探测数据，以重、磁、电、震、热等几大核心要素，开展多物理场的综合研究，构建月球内部圈层结构模型，剖析月球内部圈层结构特性及其形成的机理，研究月球大尺度演化历史中的重大事件，构建新的月球演化理论框架，实现对月球内部圈层结构和月球演化过程认知的新突破。

2. 空间超冷原子奇异物理性质研究

发展空间微重力条件下制备、测量、精密调控10~100pK量级温度超冷原子的新方法和新思路，研究超冷原子气体的奇异物理特性。研究10~100pK温度下，光晶格中超冷原子的量子相变，研究这种极端条件下产生的新物态，以及这些物态的新物理性质和动力学过程；研究物质波辐射和相干特性，并对其进行精密探测，探索异核量子少体奇异分子特性；基于空间超冷原子气体，发展探测超出标准模型的新粒子与新相互作用的新思路，研究包括轴子与类轴子粒子在内的暗物质备选 粒子的新奇量子态。为空间超冷原子相关科学实验提供科学依据和研究基础。

3. 新型空间高能辐射探测的重要科学问题研究

面向新一代更高性能、国际领先的空间暗物质粒子、宇宙线和伽马射线的探测需求，开展关键科学问题研究。研究大接收度、宽能量动态范围条件下，从海量杂乱信息中智能判选有效事例的科学问题和优化方法，充分利用多种探测器的能量、时间和簇射形状等信息，实现多种类粒子的高效准确获取；研究高精度高分辨率的电荷重建测量算法，降低高能宇宙线碎裂效应和簇射反冲效应的影响，发展多变量分析和粒子鉴别算法，提升对电子和光子的测量能力；研究核子、电子特别是伽马光子的高精度能量和方向/径迹重建算法，最大限度地修正簇射反冲效应和不同入射角度的影响；研究利用电离效应、地磁刚度、穿越辐射等多种标定手段相结合的可靠在轨标定方法，确保测量能标的准确性；开展实验进行验证。

4. 天体爆发现象的高能辐射研究

利用多波段多信使天文观测设备和手段，对双致密星并合引力波电磁对应体、X射线双星、快速射电暴、高能中微子以及伽马暴和磁星进行探测研究，研究X射线中子星和黑洞双星、快速射电暴、高能中微子以及伽马暴和磁星暴发的产生机制，破解黑洞、中子星和磁星等致密星的形成和演化以及双致密星的并合机制，研究强引力场、强磁场、高密度下的物理规律， 测量引力波速度和哈勃常数等基础物理参数。

5. 多源卫星数据在轨智能融合理论与方法

面向快速获取信息的需要，探索多源卫星数据在轨智能融合新理论与新方法。研究单平台多载荷自融合系统架构， 研究多源异构卫星数据信息相关性度量理论与方法，建立多星协作认知模型，突破单星分辨率与探测识别精度极限，开展多星协作对提升状态判读与动态过程预测准确性的理论与数值分析，研究基于知识与数据双驱动的多源数据智能融合方法与低能耗硬件加速计算方案，研制多源数据融合在轨处理试验系统并进行航空 验证。

6. 基础三维无源元件的单片高集成度自卷曲技术

针对微型电子系统对高集成度基础无源元件的需求，研究单片自卷曲技术。研究自卷曲结构的薄膜应力生长调控机制和异质晶体薄膜集成结构的应变诱导卷曲力学机理；提出高频、高磁导率纳米颗粒磁流体芯及其毛细注入机制；研究力-电-热多物理场耦合规律，建立等效分析模型；探索零功耗的自卷曲结构可重构方法，实现基础无源元件电性能可调。

7. 电磁矢量高分辨成像理论与系统研究

针对单一波束宽度范围内多目标分辨的需求，开展基于电磁矢量的高分辨成像理论与技术研究，突破多目标分辨的电磁衍射极限限制。研究非线性电磁矢量波前调制理论与技术，探索可重构矢量调制材料特性同系统非线性状态数量最大化的联系；研究基于波前非线性调制的信号处理与成像算法；研制短基线稀疏阵列三维成像雷达原理样机，开展飞行试验，为电磁矢量高分辨三维成像技术应用奠定技术基础。

8. 红外微分体制和硅基单片集成的探测芯片技术

针对红外高背景辐射环境中微弱目标的红外探测跨代技术所需要的芯片技术，构建红外成像芯片的微分体制和硅基单片集成体制；研究微分物理量原位直接探测的方法，基于光-电联合调控对不同的光场要素实现原位集成式微分感知的技术；研究基于胶体量子点的硅基单片集成短波红外探测芯片，重点突破量子点的批量化合成、暗电流抑制和弱信号采集技术；建立适应微分体制和硅基单片集成体制的红外成像芯片关键技术。

9. 面向宽温域功能器件的连续组分外延薄膜技术与材料

以宽温域实用功能器件为牵引目标，发展水平方向化学组分连续变化的外延薄膜生长技术和匹配的水平空间跨尺度表征技术；制备连续组分铁电和热电功能材料单晶薄膜；获得居里温度和热电优值等关键参量随精细组分的定量化规律；研究连续组分外延薄膜宽温域下参量调控机制；研制基于连续组分外延薄膜的宽温域连续响应功能器件。

10. 面向半导体集成的铁电调控新功能器件

面向半导体集成多功能电子和光电子器件的发展需求，开展铁电氧化物薄膜和二维层状材料与第二、三代半导体相兼容的异质集成技术和可控制备工艺的研究；研究铁电-半导体界面特性及其功能器件极化调控规律，突破常规晶体管的性能瓶颈；构建铁电多功能性调控金属离子发光物理模型和技术方法，革新传统的发光触发和调制技术，研究铁电氧化物的多功能性与半导体光电特性的耦合，实现基于新机制的半导体集成的铁电功 能调控光电子器件。

11. 生物过程启示的陶瓷材料室温制备关键科学问题

研究自然制造过程中生物材料组成和显微结构形成过程的典型特征；研究生物环境、类生物环境、生长因子等条件下陶瓷材料合成和显微结构形成动力学过程，开展生物合成陶瓷材料结构形成动力学的跨尺度理论模拟和计算；研究微纳尺度限域环境、外场（光、力、电）等辅助条件对物质传输、反应和组装致密化机制的影响，设计和研发陶瓷材料室温制备装备，优化制备工艺参数，研制宏观尺寸工程陶瓷材料。

12. 大尺寸异形构件的热防护材料及其制造技术

面向大尺寸异形构件整体制造及热防护的需求， 研究多元超高温陶瓷复合材料高温长时抗氧化机制，优化设计宽温域抗烧蚀多元超高温陶瓷组分；研究反应熔渗法制备大尺寸构件的多元超高温陶瓷生长机制，发展陶瓷与碳/碳材料结构功能一体化的梯度复合方法；研究大尺寸构件碳基体与陶瓷相的定向引入方法、应力形成机制与变形控制方法，形成大尺寸异形构件整体制造与分区域热防护制备技术。

13. 劣质地下水改良的原位调控理论与技术研究

面向劣质地下水分布区安全供水的重要需求，研究原位调控含水层条件下原生劣质地下水中氟、砷、氨氮等典型有害组分的去除机理，构建水质改良原位调控理论体系；开发典型原生劣质地下水中有害组分及赋存状态的原位与现场快速检测方法，研发劣质地下水多相态条件下有害组分反应性溶质运移模型，探索强化吸附除氟、强化固定除砷和强化生物脱氮等原位改良技术，建立典型原生劣质地下水原位调控的技术方法体系。

14. 中国东部深层高温地热的形成机制、分布特征和资源评价

针对中国东部深层高温地热的动力背景、生成与聚集机制、分布规律等开展研究。通过地球物理、地质、地化综合研究，解析地幔、岩石圈和地壳结构及其热物理参数；查明中国东部新/活动构造特别是控热构造的三维分布与时空演化特征； 开展有效热源分析，建立地热场挽近时期构造-热演化历史；结合地震、电、磁、重力等地球物理数据、地质地球化学资料，探索精细刻画浅部地壳热结构新的计算模型；开展干热岩结构力学成 因、压裂、特别是临界CO₂压裂改造方法与机理研究。

15. 富氦天然气成藏机制及氦资源分布预测技术

研究有效氦源的评价参数及氦气释放机制，揭示控制氦源效率及潜力的关键因素；研究复杂地质介质中氦的运载机制及控制因素，揭示地质条件下温度、压力、介质特征对氦气运移、富集的控制；研究富氦气藏成藏过程及关键控制因素，阐明古老克拉通地台区富氦气藏、深大断裂/岩浆活动区富氦气藏、非常规天然气（页岩气、煤层气等）富氦气藏的成藏条件、动态富集过程及关键控制因素；建立氦源效率、有效性及潜力评价技术、复杂地质条件氦气运载效能评价技术、富氦气藏成藏条件及富氦天然气有利分布区带及勘探目标预测技术，综合集成构建氦资源评价预测技术。

16. 火星的宜居环境和生命信号探索研究

基于我国和国际上已有数据，结合火星陨石、模拟样品的实验室研究，充分参考地球类火星的极端环境条件，研究火星表面水成矿物的分布、含量和形成环境，水成地貌特征和古沉积环境演化，为生命可能产生的大概率区域提供参考；研究火星表层以下水冰分布，并寻找可能的地下宜居环境；分析火星陨石中的硫等挥发性元 素的同位素组成和不同氧气含量下硫等挥发性元素的光化学反应过程；研究地球临近空间、柴达木盆地等类火星极端环境中的生物多样性、分布特征和适应机制，开发地球代表性生物标志物在模拟火星环境中的检测方法，提出若干可测量的关键检测技术指标。

17. 空间微重力燃烧的基础性研究

面向先进能源动力和高性能发动机提高能效、燃烧源污染物的控制、地面和载人航天防火技术，通过一系列的微重力燃烧实验，得到解耦浮力效应的科学实验数据，促进对燃烧现象科学本质的认识和模型的建立，推动燃烧科学和技术的创新。具体内容包括：层流近极限燃烧特性研究；射流火焰湍流转捩及火焰结构特性研究；载人航天火灾行为及材料防火安全研究；航空航天液体燃料燃烧机理研究；微重力燃烧的碳烟生成研究，火焰合成特 种材料研究。

18. 空间环境中新材料制备原理与特种成形技术

基于空间环境的特殊条件，探索新材料变革性制备原理与特种成形技术。揭示超高温金属材料的液态热物理性质，探索空间快速凝固动力学规律；研究新型大块非晶与稀土磁性合金的空间制备与成形过程，优化非晶/纳米晶软磁合金组织和磁性能；探索空间环境中液相分离机理，发展高性能稀土镁合金特种成形技术；研究无机功能晶体的空间生长动力学及其生物医学特性，实现其结构和缺陷的主动调控；建立有机功能材料和纳米复合材料的空间合成新途径，发展新型凝胶润滑材料和含浸润滑剂多孔纳米复合材料。

19. 空间胚胎发育和生命孕育研究

研究空间微重力对哺乳动物和人类生殖细胞及其支持细胞协同发育的影响，从分子、细胞、组织等多个层面，系统地探究微重力环境对生殖细胞及其支持细胞协同发育的影响；研究空间 微重力下体外培养和分化胚胎干细胞为各类功能细胞、组织及器官的特性变化及基本规律；研究空间环境低敏感小鼠品系的筛选和构建，空间小鼠培养关键科学与技术问题。

20. 日—地和日球层边界探测中的重要科学问题

围绕理解日—地多圈层耦合过程和日球层边界的复杂系统开展重要科学问题研究。基于光谱成像观测研究日冕磁场、密 度、温度、速度的空间分布及其快速演化；建立太阳风结构的多视角观测的反演方法，研究其在行星际空间中的传播特征和演化规律，研究太阳风与地球磁层相互作用的关键区域（包括磁层顶、极光区和磁尾）的成像特征；建立数据驱动的内/外日球层全链条三维多元太阳风动力学演化模型，模拟背景太阳风环境及太阳风暴大尺度结构的传播与演化；研究太阳风边际结构及动态特性，星际介质对太阳风的侵入作用；研究太阳风超 热粒子及异常宇宙线的起源、加速和演化，银河宇宙线在太阳系边际的调制传输机制。

21. 基于范德华外延—剥离转印的半导体器件制作新方法

面向未来信息系统对高性能半导体器件的需求，突破衬底对器件性能的限制，探索基于范德华外延—剥离转印的器件制作新方法，实现不依赖外延关系的衬底选择，为高效率光电器件和大功率射频器件的研制提供变革技术。

22. 基于声波新原理激励小型化天线技术

面向低频天线机动化和高频天线芯片化的重大应用需求，研究多频段小型化声波激励天线新机理、新材料和新工艺，突破天线尺寸数量级缩减的技术瓶颈和传统天线辐射效率与带宽的物理极限，实现天线技术在尺寸和性能上的跨越。

23. 具有开放扩展架构的模块化移动终端技术

针对传统移动终端更新换代导致的资源浪费，研究可持续演进的模块化终端新形态，通过软件、模块升级与按需组合，支持多频段、多体制无线接入，实现终端由封闭向开放扩展架构的转变。

24. 超铺展液滴调控技术用于高效农药利用的基础研究

面向农药高效利用的重大需求，研究农作物叶面独特的微观结构和性质对农药液滴撞击在其表面迸溅和沉积的影响机制；构筑适用于多种作物和农药的新型高效表面活性剂超铺展剂体系，与农药活性调控技术相结合，解决农药的残留问题；与高效植保装备和精准施药技术相结合，构建能够使农药喷雾在作物和杂草间靶向喷洒、高效选择性沉积、抗风雨侵蚀的颠覆性技术，突破传统方法的极限，全面提升农药利用率；推动精准农业的实用化，完成农田农药喷洒测试。

25. 高灵敏高速高温超导单光子探测材料与器件

面向自由空间光通信对轻质小型、高灵敏光子探测器的迫切需求，聚焦星间激光通信等航空航天国家重大战略，开展新型结构高温超导薄膜制备过程与跨尺度物性理论研究和工艺优化设计；揭示基于量子金属态的新型超导量子效应形成机制；建立微结构与库珀对输运特性的构效关系和评价准则；发展基于高温超导体量子金属态的高灵敏、高速单光子探测原型器件。

26. 稀土基新型电子相变半导体与敏感电阻器件

围绕国家战略，从电子材料角度变革现有突变式敏感电阻元器件技术；发展稀土镍基氧化物等新型电子相变材料的非真空制备技术并结合理论计算优化其制备工艺；发展其金属绝缘体相变温度在宽温区范围的精准设计方法；研究其高压诱导电子相变特性与机理；研究其氢致电子相变特性、机理、与潜在器件应用；制作稀土基突变式热敏、压力敏感电阻原型器件。

27. 分布式光纤地震成像与反演的关键技术及应用研究

针对我国页岩气等非常规油气安全、高效开发关键需求，探索三分量分布式光纤地震传感技术；基于井中与地面光纤传感记录，开展裂缝发育、流体运移成像与反演方法研究，开展地下介质结构动态成像与物性参数动态反演方法研究；开展非常规油气开发现场及周边区域野外监测示范。

28. 南极冰下复杂地质环境多工艺钻探理论与方法

针对南极复杂冰下地质环境研究需求，变革现有冰层钻进及冰下地质钻探取样技术，探索面向南极恶劣地表环境和暖冰、脆冰与冰岩界面等复杂冰下地质环境的多工艺钻探取样理论与方法，提高复杂冰层钻进速度和增加冰下基岩取心长度。

29. 高铁地震学研究

针对高铁路基安全、地震预测、智慧城市地下空间探测与监测等重大问题需求，变革性地把高铁噪声源转变为可利用的优质震源，探索以高铁震源为代表的移动组合震源激发地震波场新理论，发展基于移动组合震源的地下介质结构探测、动态监测等系列新技术。

30. 高通量培养筛选鉴定健康相关微生物的关键技术

建立健康相关微生物菌自动分离培养及性状分析平台，揭示重要肠道细菌及代谢产物对“微生物—代谢—免疫”轴影响的微观机理；建立多组学大数据分析技术与人工智能算法，揭示临床常用药、疾病与健康相关的微生物组特征以及代谢、免疫特征；建成中国健康人体微生物实体库和微生物组的健康大数据库，突破微生物组研究关键技术，发展具有应用前景的微生物组干预技术，促进新型健康药物研发。

31. 空间领域青年科学家项目

针对太阳活动和空间天气的智能预报，地月空间探索等领域中的基础科学问题开展研究。

32. 电子信息领域青年科学家项目

针对碳基结构与硅基片上集成技术、语义通信理论与编码方法、多功能毫米波无源元件设计理论与实现技术、光电融合计算加速技术等领域中的基础科学问题开展研究。

33. 材料领域青年科学家项目

针对强自旋轨道耦合材料、二维量子材料、光—电—磁功能材料、柔性材料、生物医药材料等新概念功能材料与器件领域中的基础科学问题开展研究。

34. 地学领域青年科学家项目

针对地球与生命早期协同演化的金属同位素示踪技术与原理，关键带水文生物的地球化学研究，热带、中高纬度气候系统与我国极端天气气候的关系，涡旋运动与海洋生态系统储碳过程的关系等领域中的基础科学问题开展研究。