基金委发布2022年工程与材料科学部重大项目指南

8月25日，基金委发布国家自然科学基金“十四五”第二批重大项目指南，工程与材料科学部重大项目指南在内。

2022年工程与材料科学部共发布“铀及铀合金腐蚀机制与性能预测”、“耐极端环境碳基复合材料主动热疏导设计与长寿命防护机理”、“抗细菌生物被膜感染高分子材料”、“变革性低碳钢铁制造流程理论与技术”、“关键光学元件高性能制造基础”、“规模化热能存储转换与能质调控机理和方法”、“先进磁共振成像系统的电工理论与关键技术”、“新一代混凝土设计理论与方法”、“再生水的生态利用与调控机制”、“深海矿产资源高效绿色开采基础理论”、“模块化分布式电驱动重载车辆设计理论与协同控制方法”、“胶体-高分子杂化功能材料体系”等12个重大项目指南，拟资助9个重大项目。项目申请的直接费用预算不得超过1500万元/项。

工程与材料科学部重大项目指南详情如下：

“铀及铀合金腐蚀机制与性能预测”重大项目指南 

一、科学目标

针对铀及铀合金腐蚀中间过程复杂难表征，腐蚀行为和力学性能之间关联长期割裂、性能与寿命难预测等瓶颈问题，发展先进的实验和理论方法，揭示多因素耦合下的腐蚀机制，建立腐蚀与力学性能关联，实现跨尺度计算及性能预测，为铀及铀合金使役的可靠性、有效性评估和寿命预测提供科学理论基础。

二、研究内容

（一）铀及铀合金腐蚀机制与腐蚀模型。

认识腐蚀中间过程和中间产物的转化演变规律，研究铀及铀合金在复杂环境气氛下表面腐蚀的微观机制及其热/动力学行为，建立腐蚀模型。

（二）铀及铀合金腐蚀行为与力学性能关联规律。

发展原位实时的联合表征技术，实现腐蚀特征参数及力学性能信息时空同步检测；结合损伤力学，建立铀及铀合金腐蚀产物的时空演化与其力学性能的内在联系。

（三）铀及其合金腐蚀行为的跨尺度理论计算与评估。

发展适合描述铀及铀合金使役环境下性能演化的多尺度计算方法，突破微观-介观-宏观不同时间和空间尺度有效衔接的难题，评估和预测铀及铀合金长期腐蚀行为。

（四）铀及铀合金铀使役性能时空演化与寿命预测。

基于数字孪生技术，建立铀及铀合金在环境域、时间域、空间域多维映射虚拟模型，研究数据驱动下物理与虚拟模型间的关联，建立腐蚀时空演化、材料性能评估与寿命预测的评价新范式。

三、申请要求

（一）申请书的附注说明选择“铀及铀合金腐蚀机制与性能预测”，申请代码1选择E0103。

（二）咨询电话：010-62327144。

“耐极端环境碳基复合材料主动热疏导设计与长寿命防护机理”重大项目指南

一、科学目标

针对远程高速飞行器用碳基热防护复合材料服役过程中因驻点气动热积聚引起严重烧蚀、界面应力大导致开裂、强氧化耦合环境致使性能不稳定等瓶颈问题，研究耐极端环境碳基复合材料主动热疏导机理和表/界面调控新原理，建立极端环境下高稳定、长寿命防护的新方法，为超高温热防护材料体系的发展与应用提供科学依据。

二、研究内容

（一）高导热-高耗热-高承载多功能协同设计原理。

研究高导热/承力预制体结构分区优化、热控基元诱导取向生长和新型相变耗热组元协同设计原理，发展高效主动热疏导方法，揭示复合结构的导热/散热机制。

（二）异质界面应力缓释与多尺度调控。

研究多层碳基体序构沉积与微结构调控机制，揭示多元陶瓷组分匹配设计与跨尺度界面应力缓释机理，创新发展多重异质界面匹配相容调控的新理论、新技术。

（三）高阻氧-自愈合-宽温域一体化防护机理与方法。

研究高熵化、梯度化和仿生自愈合等组元结构及分布设计原理与方法，揭示宽温域下高阻氧薄膜稳定性调控机制，发展长时氧化防护及其动态调控原理与技术。

（四）热力氧耦合作用下复合材料的服役行为与性能优化。

发展模拟高马赫、强机动、长航时服役环境降热、去应力和阻氧的集成验证方法，揭示热力氧耦合作用下复合材料及结构与性能的动态演化规律与调控机理。

三、申请要求

（一）申请书的附注说明选择“耐极端环境碳基复合材料主动热疏导设计与长寿命防护机理”，申请代码1选择E0205。

（二）咨询电话：010-62328234。

“抗细菌生物被膜感染高分子材料”重大项目指南

一、科学目标

针对细菌生物被膜感染难治愈这一重大难题，创新设计多功能协同的抗菌高分子，阐明预防生物被膜形成和促进杀菌剂渗透的关键科学问题，突破抗菌高分子涂层多功能协同难题，建立自靶向抗菌高分子纳米递送系统，开展系统性生物评价，为体内细菌生物被膜感染的高效防治提供科学依据和技术支撑。

二、研究内容

（一）抗菌高分子的系统设计。

针对细菌生物被膜感染防治难题，建立抗菌肽仿生原理和高通量实验相结合的创新设计方法，阐明功能协同抗菌高分子的构效关系，实现多功能抗菌高分子的系统设计。

（二）多功能抗菌高分子表界面与涂层策略。

建立多功能集成抗菌表界面的构筑方法，发展抗菌功能与抗凝血、组织再生等协同的抗菌高分子涂层材料，为医疗器械感染的有效防治提供新技术。

（三）抗细菌生物被膜感染高分子纳米递送系统与渗透机制。

建立针对细菌生物被膜定向富集和高效渗透的新理论和新方法，发展生物被膜自靶向的高分子纳米递送系统，为顽固性细菌感染的有效治疗提供新策略。

（四）抗菌高分子材料的系统评价及应用探索。

建立抗菌高分子材料在体内细菌生物被膜防治中的功效和生物安全性评价方法，发展适配于医疗器械和顽固性感染个性化场景的功能协同抗菌系统，推进抗菌高分子材料产业转化。

三、申请要求

（一）申请书的附注说明选择“抗细菌生物被膜感染高分子材料”，申请代码1选择E0308。

（二）咨询电话：010-62328337。

“变革性低碳钢铁制造流程理论与技术”重大项目指南

一、科学目标

针对以再生钢铁原料制造高性能钢铁材料的行业发展瓶颈问题，研究残余/合金元素耦合作用，阐明杂质元素深度净化机理，提出高性能钢铁材料成分设计原理，揭示材料强塑化和耐蚀机制，突破“再生钢铁原料+电炉+近终形®高性能钢铁材料”变革性低碳钢铁制造流程关键技术，为钢铁工业碳中和提供理论依据和技术支撑。

二、研究内容

（一）残余/合金元素间耦合作用对材料性能的影响机制。

开展残余/合金元素（Cr、Cu、P、Si、Mn、Ni等）耦合作用对钢铁材料组织、腐蚀行为影响的研究，构建残余元素高质化利用材料基础数据库。

（二）再生钢铁原料电炉炼钢深度净化机理。

揭示熔池内CaCl2-CaO-O2混合喷吹的微区高氧势同步脱Cu、P机理；熔体与多元气体介质间的反应机制及强化脱N动力学；阐明低熔点金属元素Zn、Sn、Pb镀涂层脱除机制。

（三）变革性制造流程材料成分设计原理。

研究非平衡凝固条件下残余/合金元素（Cu、P、Cr、Ni、Si、Mn等）多场耦合作用机理，揭示元素对热加工行为作用机制，提出高性能钢铁材料成分设计原理，实现再生钢铁原料的高质化利用。

（四）基于薄板坯连铸连轧的材料强塑化机理。

研究残余/合金元素（Cr、Si、Mn等）与薄板坯连铸连轧工艺耦合作用及其对材料组织演变和力学行为的影响，揭示材料强塑化机理。

（五）基于薄带铸轧的材料耐蚀机制。

研究残余/合金元素（Cu、P、Cr、Ni、Mn等）与薄带铸轧工艺耦合作用及其对材料组织演变和腐蚀性能提升的影响，揭示材料耐腐蚀机制。

三、申请要求

（一）申请书的附注说明选择“变革性低碳钢铁制造流程理论与技术”，申请代码1选择E0411。

（二）咨询电话：010-62328335。

“关键光学元件高性能制造基础”重大项目指南

一、科学目标

针对关键光学元件加工能量-物质交互精准调控难、时-空域全局信息流获取难、性能-工艺建模难等问题，研究从精度向性能跃升的高性能制造新理论、新原理与新技术，阐明面向服役性能的设计-加工-测量协同机制，突破形性一体化制造瓶颈，为实现关键光学元件高性能制造奠定理论基础。

二、研究内容

（一）多能场作用下光学元件形性演化规律及调控。

揭示关键光学元件表面完整性对服役性能的影响机制，以及多能场加工中能量与物质的跨尺度交互作用机理，发展面向光学元件服役性能的控域/控量/控性原子级加工方法。

（二）光学元件形性参数的时-空域多尺度建模与表征。

建立多物理场下几何和表面完整性的非线性激发数学模型，发展时-空域多尺度精确表征方法，提出关键光学元件服役性能的离线/原位表征新原理，研究性能指标的综合评价方法。

（三）光学元件设计-加工-测量协同机制与一体化制造。

研究面向关键光学元件服役性能的几何、表面完整性和制造工艺参数反求方法，发展基于时-空域多参数形性信息流实时调控设计和加工过程的制造新范式，建立设计-加工-测量协同与一体化制造理论与方法体系。

（四）服役环境下光学元件性能研究。

开展关键光学元件在高端装备和大科学装置中的系统集成研究，拓展光学元件性能检测方法，揭示服役环境下光学元件性能的演化规律，建立服役性能和制造之间的双馈模式。

三、申请要求

（一）申请书的附注说明选择“关键光学元件高性能制造基础”，申请代码1选择E0509。

（二）咨询电话：010-62327084。

“规模化热能存储转换与能质调控机理和方法”重大项目指南

一、科学目标

针对规模化储热能量密度与功率密度难兼顾、热能品位难有效调控、热能转换效率低等瓶颈问题，研究热能高密度存储与高效转换调控的新原理和新技术，揭示热能存储与转换利用的能质匹配及耗散机理，阐明热能高密度存储的跨尺度热质耦合传输协同强化机制，建立热能提质增量存储转换的能质调控新方法，为规模化热能存储与转换调控新技术奠定理论基础。

二、研究内容

（一）热能高效存储转换及能质调控原理。

研究热能高效存储转换及调控的“输入-存储-输出”热力学能质损失最小化原理和优化路径，建立热能存储及其向电能、化学能等转换的热力学分析方法，揭示其中的能质匹配与耗散机理。

（二）热能高密度存储热质传输强化机理。

研究热物理/热化学储热的能量转换及热质传输时空耦合特性，阐明热能高密度存储和释放的传热-传质-化学反应协同强化机制，建立规模化储热的多物理场、多相态、跨尺度热设计理论。

（三）储热增量转换方法及调控。

研究规模化储热的材料优选和物性强化新方法，揭示高密度储热“材料-单元-系统”的跨尺度构效关系，提出电热协同热能增量转换存储调控策略，创建储热增量利用与品位匹配供能新方法。

（四）储热提质转换方法及调控。

研究热能提质转换存储新方法，揭示电化学与热物理耦合过程中多载能子传递规律，提出高密度、高效率热电协同制取燃料的能量对口转化方法与控制策略，实现热能提质制取燃料。

（五）规模化热能存储与转换调控系统构建。

研究热能存储与转换调控的多目标优化设计方法，构建基于规模化储热的热能提质高效热功转换热力系统与热能增量灵活调控供能系统，实现规模化热能存储与转换调控的供需联动应用。

三、申请要求

（一）申请书的附注说明选择“规模化热能存储转换与能质调控机理和方法”，申请代码1选择E0607。

（二）咨询电话：010-62327131。

“先进磁共振成像系统的电工理论与关键技术”重大项目指南

一、科学目标

针对先进MRI系统高场磁体性能退化、复杂结构电磁部件强耦合和多源磁场时空演化规律复杂等问题，研究超高场MRI电磁构造理论、耦合机理与演化规律，突破先进MRI系统的多源耦合协同调控机理和超高场磁体尽限设计理论，构建世界领先的超高场MRI的设计理论与系统构造方法，确保核心技术自主可控，引领先进磁共振成像技术发展。

二、研究内容

（一）多源磁场运行参数的协同调控机制。

揭示超高场MRI的磁化矢量、空间编码和信号激发等多源物理场作用机理与协同调控机制，抑制射频场的超短波长诱发介质的电磁效应，消除安全隐患，提高成像速度、功能和质量。

（二）超高场MRI多时空交互电磁系统层级理论。

建立多层级电磁结构瞬态强耦合的理论模型，揭示强磁场下高切换率强梯度场和高重频强频场的瞬态电磁耦合规律，实现复杂拓扑结构多层级场电磁解耦。

（三）复杂强电磁结构振动抑制理论与一体化构造方法。

揭示强电流源激励的梯度磁场振动诱发机理及对MRI系统的运行影响规律，研究强脉冲梯度磁场产生的瞬态涡流特征，抑制次级电磁场的扰动对成像的影响。

（四）超高场大口径超导磁体高服役可靠性构造方法。

研究新拓扑结构磁体中超导材料的服役适配性，建立实际服役条件下大型复杂磁体的多维应力动态建模，精准调控跨尺度多组分多线圈的服役参量，消除磁体的磁-热-力耦合不稳定性。

三、申请要求

（一）申请书的附注说明选择“先进磁共振成像系统的电工理论与关键技术”，申请代码1选择E0708。

（二）咨询电话：010-62328301。

“新一代混凝土设计理论与方法”重大项目指南

一、科学目标

针对当前混凝土碳排放量大、性能协同难等瓶颈问题，认知胶凝新体系强胶结力本源，建立多尺度强韧化高效传递新理论，创建系统寻优智能设计和精细制备新方法，实现新一代混凝土的全方位代际跃迁，颠覆混凝土通过钢材保障抗拉增韧的结构设计理念，为极端条件下重大工程实施提供科学和技术支撑。

二、研究内容

（一）新一代混凝土胶凝体系水化和微结构演变。

研究铝相和固碳组分对硅铝酸盐胶凝体系水化历程的作用机制，揭示晶体-非晶-惰性相等产物堆叠及交互机理，探明离子-共价型键合转变、产物微结构时空演变对胶结力的影响规律。

（二）新一代混凝土强韧化机制与调控原理。

研究混凝土组分多级界面交互响应与水化产物诱导增强机理，揭示混凝土微细观损伤分形原理与强韧化协同调控机制，明晰混凝土粘弹性变形行为与抗裂性的耦合调控方法。

（三）新一代混凝土性能多尺度传递与智能设计。

研究混凝土多尺度缺陷演变规律及其与力学和耐久性能强关联的高效传递模型，创建混凝土高通量信息大数据库和智能设计理论，研发新一代混凝土的高性能结构及其设计原理。

（四）新一代混凝土高效赋能与精细制备。

研究混凝土拌和振捣过程均质性智能感知与动态控制原理，探明混凝土诱导发热养护机制及其高效赋能的影响规律，提出混凝土复杂多元组分材尽其用的精细制备方法。

三、申请要求

（一）申请书的附注说明选择“新一代混凝土设计理论与方法”，申请代码1选择E0805。

（二）咨询电话：010-62328359。

“再生水的生态利用与调控机制”重大项目指南 

一、科学目标

针对再生水利用的生态效应评价方法缺乏、关键风险因子及其控制要素不明等瓶颈问题，研究再生水生态安全指标体系构建和水质阈值确定的理论和方法，创新保障生态安全的再生水处理工艺原理，阐明再生水生态修复与生态融合的调控机制，发展针对我国不同水生态系统特征的再生水生态利用与安全保障理论和技术体系，为水资源、水环境和生态安全保障提供科学支撑。

二、研究内容

（一）再生水的生态效应及关键风险因子识别。

研究水体生态系统对再生水的响应与长周期作用规律，揭示不同再生水水质水量下水生态质量与功能的变化机制，发展再生水生态效应评价理论与方法，识别不同类型的关键风险因子。

（二）再生水生态风险评价指标体系及其安全阈值。

研究再生水生态风险成因与机制，建立基于生态修复与生态融合的再生水水质特征指标体系，发展水质安全阈值确定理论，提出典型流域区域差异化的水质安全阈值。

（三）再生水风险因子控制工艺原理。

研究再生水处理过程中关键风险因子的物理、化学与生物转化机制，阐明常规污染物、新污染物及其关键风险因子的协同控制机理，突破保障再生水生态利用的工艺原理与关键技术。

（四）再生水生态融合与生态修复机制。

研究生态缓冲区构建及其水质调控机制，突破再生水生态融合与生态修复的关键技术，提出再生水长期生态利用并保障水生态健康的原理和方法，发展再生水低碳处理与水生态安全利用耦合的理论和技术体系。

三、申请要求

（一）申请书的附注说明选择“再生水的生态利用与调控机制”，申请代码1选择E1004。

（二）咨询电话：010-62327092。

“深海矿产资源高效绿色开采基础理论”重大项目指南

一、科学目标

针对深海矿产资源开发面临的海底重载装备安全精准行进难、矿物绿色高效收集难、矿物安全可靠输运难、海底重载装备布放难等瓶颈问题，探索海底矿物高效低扰动开采、收集、输运的新方法和新技术，揭示重载动态作用下深海岩土表征与演化机制，阐明超长柔性悬垂管缆的耦合力学特性，为实现深海矿产资源商业化开发奠定理论基础。

二、研究内容

（一）海底重载行进过程深海“流-固-土”耦合作用。

研究深海重载采矿装备在海底行进过程中，深海底质动态力学特性和演化规律，阐明行进系统-深海底质-非稳态海流多场动态耦合作用机制。

（二）海底矿物高效低扰动开采技术与方法。

研究深海集矿装置随重载采矿装备海底行进和矿物开采动态过程中，对海底破坏及扰动作用，揭示集矿头与矿物作用机制，建立高效、低扰动矿物收集新方法和集矿装置设计新技术。

（三）超深水矿物输运管道的流固耦合力学特性。

研究内、外部非稳态流场和复杂边界条件下超深水矿物输运管道力学性质和动力响应，揭示内外流场与管道耦合作用机制，提出长寿命与高可靠性的输运管道设计方法。

（四）超深水重载布放缆线力学特性与应力调控。

研究超深水重载布放缆线复杂应力特征，阐明重载布放过程的流固耦合作用和缆线瞬态弹振机理，揭示“空间构型-能量传播-力学性能”关联机制，提出缆线应力调控与设计新方法。

（五）深海采矿系统设计理论与风险防控方法。

研究深海采矿复杂系统多尺度时空协同作业和可靠性分析方法，提出深海采矿工艺和系统组成优化方法，形成绿色高效深海采矿系统设计理论。厘清深海采矿系统潜在风险模式，形成健康管理与风险预警技术。

三、申请要求

（一）申请书的附注说明选择“深海矿产资源高效绿色开采基础理论”，申请代码1选择E1101。

（二）咨询电话：010-62327137。

“模块化分布式电驱动重载车辆设计理论与协同控制方法”重大项目指南

一、科学目标

充分发挥分布式电驱动的技术优势，研究可扩展新构型设计理论，研究“软件定义车辆”控制技术，揭示重载车辆的轮地、轮间协同规律，构建高承载、高通过、高机动、高可靠、高协同控制方法，支撑道路车辆极限运载能力突破与复杂运输条件下的超大件协同运输效率大幅度提升。

二、研究内容

（一）分布式电驱动重载车辆多模块可扩展构型设计理论。

为支撑重载车辆千吨级运载能力突破，研究“软件定义轴数与轮数”的电驱动多模块动态重构机制，突破驱动/制动/转向/悬架耦联一体化设计方法，建立多模块可扩展整车构型设计理论。

（二）分布式电驱动重载车辆多目标综合控制方法。

为实现重载车辆运动厘米级精准控制，研究复杂工况动态载荷下轮胎力与轮胎特性参数、土壤本征参数间的非线性耦合机理，突破低时延、强鲁棒的多目标、多执行机构协调机制，构建重载车辆驱动构型自适应综合控制方法。

（三）分布式电驱动重载车辆多层次自重构主动容错机制。

为支撑重载车辆典型故障的百毫秒级重构容错，研究执行器-总成-单车-多车多层次系统的故障传播规律与主动容错控制架构，突破多执行器故障的多信息融合故障诊断理论，创建多模块自重构的主动容错机制。

（四）分布式电驱动重载车辆系统集成验证方法及测试评价。

研究多模块组合的电驱动重载车辆复杂大系统集成优化方法，建立考虑通过性、协同性、容错性的多功能测试场景和指标体系，构建基于任务的整车集成验证与综合评价方法，实现实车验证。

（五）超大件重载运输多车系统智能协同控制方法。

研究满足超大件与车辆轨迹协同的多车运动规划与同步精准控制方法，突破同构/异构多车系统动力学建模与同步鲁棒控制瓶颈，支撑多动力源下超大件高效安全协同运输，实现复杂运输条件下超大件协同运输效率数量级提升。

三、申请要求

（一）申请书的附注说明选择“模块化分布式电驱动重载汽车设计理论与协同控制方法”，申请代码1选择E12下属申请代码。

（二）咨询电话：010-62327142。

“胶体-高分子杂化功能材料体系”重大项目指南

一、科学目标

针对胶体-高分子杂化功能材料体系，发展精准调控与规模制备方法学，创制颠覆性材料，为动态组装、功能耦合及界面的精细调控提供新方法，促进高分子材料、无机材料和金属材料学科的交叉融合。

二、研究内容

（一）功能胶体-高分子链杂化设计原理。

理论与模拟相结合，揭示杂化体系的高分子链组成/数目/空间分布、胶体拓扑结构及胶体-链表面相互作用对杂化单元微结构及功能耦合的影响，指导杂化体系结构理性设计并获得新特性。

（二）杂化结构精准调控及高效制备方法。

发展功能胶体-高分子杂化材料规模制备方法，精确调控高分子链组成、数目与空间分布，丰富功能胶体种类及特性，实现高效可控制备，为构筑亚10纳米微结构及构效研究提供物质基础。

（三）超结构动态调控与协同机制。

建立动态超结构及界面调控新方法，揭示相互作用、动态组装、功能耦合及外场调控规律，构建超结构，获得新功能。

（四）复合体系界面调控与功能协同。

面向环保、信息与生命健康等领域的重大需求，以功能胶体-高分子杂化基元及组装超结构为基础，通过多重界面调控与功能协同创制高性能复合材料体系。

三、申请要求

（一）申请书的附注说明选择“胶体-高分子杂化功能材料体系”，申请代码1选择E13下属申请代码。

（二）咨询电话：010-62327138。

延伸阅读：国家自然科学基金委员会关于发布国家自然科学基金“十四五”第二批重大项目指南及申请注意事项的通告