“變革性技術關鍵科學問題”重點專項2019 年度項目申報指南(征求意見稿)

               

“變革性技術關鍵科學問題”重點專項2019 年度項目申報指南(征求意見稿)

變革性技術是指通過科學或技術的創新和突破,對已有傳統或主流的技術、工藝流程等進行一種另辟蹊徑的革新, 并對經濟社會發展産生革命性、突變式進步的技術。“變革性技術關鍵科學問題”重點專項重點支持相關重要科學前沿或我國科學家取得原創突破,應用前景明确,有望産出具有變革性影響技術原型,對經濟社會發展産生重大影響的前瞻性、原創性的基礎研究和前沿交叉研究。

2019 年本重點專項将圍繞信息、能源、地學、制造、材料、生命科學及交叉(含數學)等6個領域方向部署項目。

1.高效熱電磁全固态能源轉換新材料

研究内容:研究電子-聲子-自旋/局域磁場相互作用及其物理新機制和新效應,研發同時具有高熱電性能和高磁熵變等多功能的新材料,研究其材料設計、精細結構表征及其構效關系、超快速制備新技術與結構控制原理。研究熱電磁多功能新型器件設計與制造方法,熱電磁能量轉換新原理與熱電磁全固态制冷原型系統。

考核指标:建立熱電磁多功能特性協同調控理論與方法,發現 2-3 種熱電磁全固态能源轉換新材料,發展 1-2 種變革性新技術,熱電磁全固态制冷原型系統制冷系數達到3.0-4.0。

2.铌酸锂薄膜重要片上光子器件研究

研究内容:研究高品質铌酸锂薄膜光波導、光學微腔, 以及光學超晶格等光學微結構的制備;研究片上光子頻率高速調諧,以及片上糾纏光子對産生;研究以光子頻率作為量子信息編碼實現量子邏輯門操作;研制片上有源光量子器件、可編程光量子信息處理芯片,及片上光頻梳等重要器件。

考核指标:铌酸锂單模光波導損耗達到 0.01 dB/cm 量級,微腔光學品質達到 108 量級;片上高速光子頻率調制帶寬大于 40GHz,半波電壓小于 2 V;片上雙光子頻率糾纏态的糾纏度大于 90%;頻率編碼兩量子比特邏輯門操作保真度大于 85%;光頻梳器件譜寬大于 300nm。

3.高能量密度二次電池材料

研究内容:面向新一代智能電動汽車和可穿戴式設備的需求,突破二次電池的體積能量密度和安全性瓶頸,研究分級納米超結構負極材料反應過程原位觀測和動力學性能調 控技術、高能量密度梯度正極材料原位觀測和界面調控技 術、多級結構納米導電材料輸運性能調控技術和儲能器件設計、材料匹配與制造工藝,研制出新一代高能量密度锂離子電池和柔性可穿戴電池。

考核指标:設計和制備分級納米超結構負極材料,儲锂密度比現有石墨負極材料提升一倍以上;設計和制備高能量密度梯度正極材料,比現有正極材料提升 20%以上;建立納米正/負極材料的中子衍射、高分辨電鏡、Raman 光譜、X 射線三維成像等原位觀測方法,設計和制造高能量密度二次電池,動力電池能量密度≥1000Wh/L,循環壽命大于 1000 次, 安全性達到國标要求柔性,與人體友好的可穿戴高能量密度電池能量密度≥400Wh/L,循環壽命大于 500 次。

4.“石墨烯基第三代+”深紫外固态光源器件

研究内容:發展介電襯底上石墨烯的直接生長方法,獲得高質量、大面積、層數可控、摻雜濃度和晶疇尺寸可調的石墨烯薄膜,實現宏量制備;研究石墨烯上氮化物薄膜的生長機制, 解決氮化物異質外延中晶格失配和熱失配的瓶頸問題,建立範德華外延生長氮化物的系統理論,實現大尺寸非晶襯底上高質量氮化物的可控制備技術;研制非晶襯底上深紫外發光器件;發展基于石墨烯的器件轉移技術,實現深 紫外發光器件的柔性構築。

考核指标:實現介電襯底上高質量石墨烯樣品的直接生長,建立大面積(12 英寸)、層數可控(1~5 層)、缺陷密度可調、單層覆蓋率 95%以上的宏量制備方法; 實現非晶襯底上 AlN 材料位錯密度低于 5´108 cm-2, UVC 波段深紫外LED 内量子效率大于 30%;獲得柔性深紫外 LED 的原型器件,建立相應工藝示範線,引領第三代半導體材料制備方法的變革性創新。

5.寬波段光電探測材料

研究内容:針對全天候、全天時高分辨率對地成像觀測需要,開展具有寬波段響應特性的光電探測材料新體系設計;研究其n 型和 p 型雜質能級特征,并探索其摻雜和激活工藝;研究其異質外延薄膜微觀結構及界面特征演化規律, 并構造其多層膜;研制寬光譜多波段光電探測原型器件,并演示其對航天光學載荷小型化、輕量化的技術價值。

考核指标:構建起材料組份與禁帶寬度關系數據庫,實現禁帶寬度介于 90 meV 到 4.1 eV 可調可控,實現紫外到長波紅外探測的全覆蓋;探索出 n 型和 p 型摻雜方案,材料的載流子濃度介于 1×1016 cm-3 到 1×1020 cm-3 可調可控;掌握其外延薄膜微觀結構-宏觀性質-制備工藝的内在聯系,實現 2 英寸薄膜及其多層膜的異質外延生長控制;形成寬光譜多波段光電探測器件設計準則,掌握器件制造工藝,所研制原型器件對紫外、可見光、中波紅外、長波紅外輻射的探測率分别達到 1×1013  Jone(s  350 nm, 77 K)、1×1012  Jones(550 nm, 77K)、1×1011  Jones(3 μm, 77 K)及 1×1010  Jones(10 μm, 77 K)。

6.超純淨高均質高溫合金及其電子束層凝基礎

研究内容:電子束精煉高溫合金中微量雜質元素去除機制及合金元素調控方法;電子束層凝高溫合金均質化控制原理;高溫合金熔體團簇結構與雜質元素及合金元素的交互作用;超純淨高均質高溫合金的加工制備及其組織與性能。突 破現有高溫合金純淨度低、偏析高的冶金質量瓶頸,探索超純淨高均質高溫合金電子束層凝技術體系并進行驗證性應用。

考核指标:揭示高溫合金電子束層凝過程中微量雜質元素及夾雜物去除機制;闡明合金元素的再分配規律及層間界面演化機制;構建高溫合金中成分與結構的團簇理論模型; 研制出雜質元素O+N+S≤15ppm 的粉末合金和變形合金,粉末合金 650℃ 低循環疲勞壽命≥104 周次, 變形合金750℃/530MPa 持久壽命≥50h,分别制作直徑≥150mm 的模拟盤件;研制出雜質元素 O+N+S≤10ppm、不含稀貴金屬的單晶合金,在 1100℃/130MPa 持久性能≥125h,制作高度≥82mm單晶渦輪高壓葉片樣件。

7.水伏效應材料與技術

研究内容:研究固液界面電荷傳輸和能量轉換規律,深刻認識功能材料與水相互作用生電的水伏效應機理;開展具有優異水伏效應材料的微結構設計和構效優化方法研究,發展高效水伏效應材料的宏量可控制備方法;研究水伏效應器件的長效穩定性,建立大規模集成化生産工藝,演示驗證水伏效應的突破性應用。

考核指标:揭示水伏效應機理,建立高效水伏效應材料體系的優化設計方法;實現平方米級以上的高質量水伏效應材料的可控制備,單個水伏發電器件穩定輸出電壓≥10 V、電流≥10 mA(功率密度≥10 W˙m-2,常規氣候條件);構建生電、降溫、産生淨水相協調的生态化水伏效應演示驗證系統, 每小時降室溫≥3 ℃(環境溫度 300 K)、産淨水≥1 kg,引領水伏效應材料的變革性創新。

8.複雜油氣智能鑽完井基礎研究

研究内容:研究井下智能傳感器響應機理與随鑽測錄導一體化協同機制,建立複雜地層參數智能表征與超前探測方法;研究地層環境自适應的智能破岩作用機理,探索複雜地層鑽井井眼軌迹智能導向控制方法;研究鑽井工程參數地面-井下閉環響應機制,建立複雜地層鑽井井筒穩定性智能調控方法;探索自适應智能鑽井液體系,建立鑽井液性能智能化設計、評價與調控方法;研究鑽井數據智能流動、融合與自我淨化方法,構建複雜油氣鑽井智能監控、診斷與決策系統。

考核指标:突破複雜地層鑽井超前探測與智能導向控制方法;建立鑽井工程參數閉環調控模型,初步形成複雜油氣智能鑽井理論基礎;建立鑽井工程智能監控、診斷與決策系統平台。深部複雜地層鑽井現場試驗,儲層鑽遇率提高 20%以上,鑽井效率提高 30%以上。

9.深部碳、氧循環的金屬同位素示蹤技術

研究内容:面向開拓非傳統金屬穩定同位素示蹤地球深部碳、氧循環的技術體系。它們包括碳酸鹽含有的金屬元素, 氧逸度敏感的變價金屬元素和生命需要的金屬元素的同位素高精确度分析技術研發;闆塊俯沖和岩漿過程中這些金屬同位素地球化學行為和分餾機制的調查;建立深部碳、氧循環的金屬同位素聯合示蹤的理論和技術體系。

考核指标:建立高精确度多種金屬同位素分析技術(包括:δ26Mg,精确度優于 0.05;δ44/40Ca、δ98Mo 和δ60Ni 優于 0.06;δ56Fe 優于 0.02;δ53Cr 優于 0.03;δ66Zn 優于0.04;δ51V 優于 0.08;);查明闆塊俯沖和岩漿過程中金屬穩定同位素的地球化學行為和分餾機制;給出 2 個闆塊俯沖帶深部碳、氧循環的金屬同位素示蹤實例;發展放射成因同位素對深部碳、氧循環發生時間的制約技術。

10.俯沖帶深部過程與非生物成氣

研究内容:針對俯沖帶為地球深部提供充足的碳源和水源,在俯沖過程中發生一系列高溫高壓變質反應,形成 C-H循環和CH4 等碳氫化合物的特點,突破對甲烷氣和氫氣資源的認知僅限于地表之下不到十公裡的範圍内的傳統認識,揭示從地球深部到地表 C-H 化合物的物理化學性質和交換機制,開辟高壓有機化學新領域。結合典型俯沖帶研究,初步 揭示地球深部無機成因氣的運移機理。

考核指标:通過金剛石壓腔與多種尖端分析技術結合,确立 1-130 GPa,300-2500 K 下烷烴、環烷烴、芳香烴等的物理化學性質及其狀态方程。結合岩石學研究,利用大腔體壓機和水熱金剛石壓腔,原位厘定 1-10 GPa,300-1200 K 下水-岩作用形成碳氫化合物的反應機理,準确計算俯沖帶 C-H 循環通量,誤差在±1 Mt。通過西南天山和西太平洋俯沖帶剖析,查明俯沖帶C-H 化合物分離與遷移成藏的有利條件, 初步揭示深部無機成因氣運移機理。

11.揭示三維岩石圈物質架構的理論方法體系

研究内容:面向深部探測的重大需求,針對制約深部物質探究的瓶頸問題,綜合集成岩漿岩探針及深部物質示蹤分析技術,研究全岩 Nd、锆石 Hf 等同位素示蹤結果的關聯性及其影響因素;探索岩漿岩捕獲锆石信息填圖等深部物質探究的新方法;揭示區域深部物質探究與地球物理探測、實驗模拟結果的相互制約關系,形成以岩石探針及同位素填圖為核心的探索深部物質時空分布、三維架構及其演變的新方法體系,實現揭示岩石圈深部物質架構的理論和方法體系集成創新。

考核指标:建立全岩 Nd、锆石 Hf 等不同同位素示蹤結果的相互校正指标;探索深部物質探究與地球物理、實驗模拟結果的标定指标;構建一套探究深部物質組成、三維格架的技術方法體系;提供若幹研究實例。

12.油頁岩原位轉化開采技術的基礎研究

研究内容:面向中深層油頁岩有效開發利用難題,研究半封閉體系、地層含水、地層壓力、地下人工加熱條件下有機質轉化過程及機理;研究各向異性多孔介質與多相流體耦合條件下的原位高效傳熱機制及實現方法;研究複合結構催化劑的井下原位合成機理和方法;研究地下産出物、地下環境的熱力平衡、地應力平衡以及油頁岩岩體變形等産生的環境地質效應。為推進油頁岩原位轉化開采工業試驗取得突破提供理論和技術支撐。

考核指标:研制出 2-3 套油頁岩原位轉化條件下的動态模拟實驗裝置,揭示油頁岩原位轉化開采物理化學過程及機理,形成油頁岩原位轉化及油藏動态模拟技術,研發 1 套油頁岩原位轉化開采數值模拟軟件;形成低能耗、高效率井下加熱方法,油頁岩油氣采收率實驗評價達到 60%以上;揭示油母質在催化劑的酸中心、脫氧中心上的轉化途徑,研制出 2-3 種催化劑,降低油母質熱解反應活化能 15%以上;建立油頁岩原位開采條件下生态環境質量評價指标體系。

14.油/固界面浸潤調控智能流體提高采收率基礎研究

研究内容:發展油/固界面浸潤調控智能流體提高采收率技術,闡明定向流動、原油識别及高效油水分離機理,建立地層條件物理與數值綜合模拟評價平台,開發滿足油藏條件的智能響應功能材料,高效切斷岩石礦物與原油間離子水合橋,實現地下剩餘油高效開采的變革性技術突破。

考核指标:闡明油/固界面浸潤調控智能流體設計和制備原理,建立結構設計與功能化開發方法,制備 2-3 種具有不同智能響應機制的功能新材料,實現定向流動及油中完全浸潤等特性,室内驅替效率提高 10%以上、波及效率提高 40% 以上。

15.近地空間全天時星敏感器技術基礎

研究内容:針對近地空間全天時星敏感器向小型化、自主性、高精度方向發展的瓶頸問題,突破現有光學成像體制局限,探索基于光線方向選擇的成像新技術;研究多視場組合恒星探測方法,建立多視場恒星觀測信息融合處理機制; 研究大氣對恒星成像的幹擾機理,提出大氣層内恒星觀測矢量精确校正模型與方法;研究基于全天時恒星探測的自主定位模型與誤差補償方法。

考核指标:提出大視場高信噪比恒星探測與自主定位理論方法,建立大氣層内恒星觀測矢量精确校正模型;開展原理樣機研制與技術驗證,在白天晴好天氣條件下, 在海拔3km 實現不依賴轉動/掃描機構的自主恒星探測與定姿定位, 視場≥5º×5º,定姿誤差≤5"(3σ),定位誤差≤200m(3σ),重量≤6Kg,功耗≤15W。

16.大面積薄膜器件與集成系統

研究内容:面向物聯網和人工智能等對邊緣計算的需求,突破傳統純薄膜顯示工藝不能實現智能認知邊緣計算的局限,探索電源管理、大面積傳感和認知邊緣計算及系統集成新方法。研究高性能、高可靠性薄膜工藝晶體管(TFT) 器件制備技術;研究兼具高魯棒性、高性能和高能效的電路與認知邊緣計算架構;研究純薄膜工藝、對大量失效器件不敏感、支持從示例學習的認知計算和系統。

考核指标:TFT 開關比達 1010,亞阈值擺幅達 0.1V/Dec,遷移率達 50cm2/(Vs);從示例學習的認知計算能容忍 30%器件失效,達到 CMOS 邊緣計算能效水平;集成 100x100 傳感器陣列的純薄膜工藝認知邊緣計算系統,實現醫療健康、智能交互等示範應用。

17.基于心理生理多模态信息的精神障礙早期識别與幹預技術

研究内容:針對精神障礙的早期精準量化與識别問題,突破傳統基于症狀描述分類診療方法有效指标稀缺、精确度低的局限,探索基于心理生理多模态信息的早期識别與幹預技術。研究人體腦電、眼動、語音、行為、影像等多模态心 理生理特征與早期精神障礙之間的關聯機制,建立多模态信息模型與識别指标體系;研究多模态信息的特征融合方法與數據驅動的精神障礙早期精準分類、分層識别框架;研究生物信息反饋、運動等非藥物幹預模型和手段。

考核指标:提出基于心理生理多模态信息的精神障礙早期定量化識别模型和非藥物幹預技術;研制原型系統,至少包含 6 種模态,對精神障礙的早期識别率達到 90%以上,分類、分層精确度達到 90%以上,幹預有效率達到 80%以上; 應用于特定人群,經專業醫療機構驗證相應指标。

18.超大容量光纖信息傳輸處理基礎及應用

研究内容:面向未來光纖通信容量數量級增長的需求, 針對傳統多模态複用光纖通信擴容方案的多入多出(MIMO)信号處理器規模、運算量随模态數分别呈平方、近立方增長 關系,從而造成信号處理瓶頸、難以實用化等問題,研究利用光纖新型模态、降低信号處理規模、實現超低運算量的變 革性模态複用系統原理和關鍵技術,進行系統集成與實時數據傳輸實驗。

考核指标:提出超大容量光纖信息傳輸處理方法,每光纖通信容量相比傳統單模光纖的現有實驗室水平(80Tb/s) 增長 600 倍以上,而運算量增長相比傳統擴容方法降低 3 個數量級以上;在實際運行的數據中心或超算中心間進行輸入輸出數據流量相等的實時數據傳輸驗證,傳輸距離不小于100 千米、容量達到 50Pb/s。

19.多維并行圖計算模型

研究内容:針對傳統串行處理計算模型不能有效處理大規模組合優化問題的挑戰,研究适應于大規模圖問題求解的多維并行計算模型。提出适于并行計算的多維數據結構及其運算規則,支持常規運算及多功能運算,包括連接運算,信 息傳遞運算等;提出适于多維并行圖計算模型的計算機體系結構;尋找相适應的實現材料,如電子器件、合成材料、生物材料等,研制基于新型計算模型的計算機原型系統。

考核指标:提出多維并行圖計算模型,闡明新型計算理論的關鍵颠覆性因素;給出基于新型模型的計算機體系結 構;研制節點數不少于 10000 的圖信息處理計算機原型系統,相比傳統計算機處理能力提升 10 個數量級以上,并實現計算機漏洞搜索等典型應用驗證。

20.空間非合作目标智能附着基礎問題與關鍵技術

研究内容:針對着陸器在太空非合作目标上着陸易失控和傾覆損毀等難題,突破傳統着陸器的未知環境信息确定化策略剛性附着模式,通過将柔性着陸體智能化環境感知融 合,建立着陸器在非合作目标上自主匹配式降落。研究智能 柔性穩定附着與環境自配準,非一緻約束智能協同與約束導向規劃,暗弱目标環境自感知與曲率制導技術,弱引力、暗目标、非合作等約束的主動智能附着技術;建立弱引力附着地面模拟系統,研制智能附着原理樣機。

考核指标:提出空間非合作目标智能附着技術方法;完成弱引力場等效模拟與智能主動附着地面試驗驗證,附着系統智能節點 3 個以上;相比傳統附着技術,智能柔性附着系統弱引力末端容忍速度提高 3 倍以上、末端位置具有自适應能力。

21.微波無線能量傳輸技術

研究内容:面向遠距離和自适應微波無線能量高效率傳輸的迫切需求,研究微波無線能量傳輸的收/發匹配理論,突破傳統設計無法在遠距離和自适應條件下獲得高效率的局 限;研究點對多點微波能量相控發射技術,以及大功率動态 變化下高效整流技術;針對地質災害無線傳感器網絡,設計高效和自适應微波無線能量傳輸工程應用系統。

考核指标:建立高效率微波無線能量傳輸系統的收/發空間匹配理論,在 100m 距離和 1kW 發射功率下實現直流到直流傳輸效率大于 20%,微波功率 10dB 動态變化内整流效率不低于 70%;針對地質災害無線傳感器網絡,完成高效和自适應微波無線能量傳輸工程試驗,傳輸距離大于 200 m、接收點數量大于 20 個、覆蓋區域大于 50000 m2、單點獲得直流功率不小于 10W。

22.面向天文觀測的空間分布式合成孔徑光學幹涉成像關鍵技術

研究内容:針對天文直接觀測臨近系外行星的高動态、高分辨率應用背景,分析可見光波段的目标特征提取與特性表征和空間幹涉陣列編隊控制需求,圍繞合成孔徑光學幹涉成像涉及的天體目标特性、陣列控制精度等因素,研究 Fizeau 型、Michelson 型及混合型陣列高分辨率、高對比度幹涉成像望遠鏡技術,建立系統仿真模型,研究光學合成孔徑系統的共相探測與控制技術、合成孔徑幹涉成像的基線測量及變陣技術、幹涉動态圖像處理與複原方法,研制幹涉成像光機系統和懸浮實驗平台,實現技術驗證與功能演示。

考核指标:構建微重力環境下幹涉成像光機系統和懸浮實驗平台,分布式望遠鏡口徑不小于 70mm、數量不小于 3個,至少實現兩型幹涉成像;針對不少于 5 種的典型合成孔徑組陣場景,實現技術驗證與功能演示。微重力懸浮實驗驗證系統幹涉成像空間分辨率比單孔徑提高 10 倍以上,等效合成口徑不小于 800mm,最大基線長度不小于 800mm,幹涉成像光譜帶寬不小于 200nm,Fizeau 型成像時視場不小于1 角分。

23.鋁合金薄壁構件超低溫成形制造新原理與關鍵技術

研究内容:針對現有的冷成形與熱成形兩大類技術制造鋁合金整體薄壁構件存在的難題,提出鋁合金超低溫成形新原理;研究複雜應力狀态超低溫下鋁合金及攪拌摩擦焊接頭雙增效應和成形極限提高的微觀變形機制;超低溫複雜加載條件下鋁合金各向異性屈服與流動模型;鋁合金構件超低溫成形過程組織性能演變規律;鋁合金複雜薄壁構件超低溫成形過程缺陷形成機制與調控方法;鋁合金闆類/管類構件整體成形工藝、模具與超低溫成形裝備關鍵技術。

考核指标:發現超低溫條件下鋁合金及攪拌摩擦焊接頭成形極限提高的新機制;揭示複雜加載條件下鋁合金超低溫宏觀變形規律及缺陷形成機制;建立鋁合金薄壁整體構件超低溫成形工藝技術體系;研制出超低溫成形設備樣機(成形力≥20MN,最低成形溫度-196℃);-190℃超低溫下,鋁合金及焊縫成形極限比室溫提高 50%以上,壁厚均勻性提高 20%以上;試制出 Al-Cu、Al-Mg-Si 和 Al-Li 合金 3 個系列鋁合金典型樣件,包括火箭整體箱底(直徑≥2000mm、厚徑比≤2‰、貼模度≤0.5mm;T6 态抗拉強度≥400MPa、延伸率≥5%)。

24.極端工況高穩定性大型天線反射面闆的材料結構一體化精密制造基礎

研究内容:面向微波探測等重大工程對大口徑天線制造的需求,研究極端工況高穩定性複合材料夾層結構大型反射面闆的精密制造基礎理論和關鍵技術。主要包括:大型反射 面闆材料結構一體化設計理論與方法,高穩定性大型反射面闆材料結構一體化制造理論與工藝,微波頻率選擇性天線多層結構金屬化反射面設計制造理論與技術,大型天線反射面闆精度檢測、性能評價與模拟驗證。

考核指标:揭示寬溫域大型反射面闆熱變形對面型精度的影響規律,創建高穩定性大型天線反射面闆材料結構一體化優化設計方法;開發大型反射面闆成型與加工工藝、微波頻率選擇性天線反射面制造工藝,形成大型反射面闆材料結構一體化精密制造理論與方法;建立大型反射面闆精度檢 測、性能評價與模拟驗證方法;制造亞毫米波天線反射面闆樣件,尺寸≥2m×4m,面型精度 RMS 優于 40μm,-80 ~ +120 ℃溫度範圍内面型精度RMS 值變化≤10μm,太陽吸發比≤1。

25.重型運載火箭薄壁結構立式裝配理論與技術基礎

研究内容:針對重型運載火箭薄壁結構的大尺度、弱剛性、自重變形特征對裝配精度和性能的影響,研究燃料貯箱 壁闆變序列原位拼裝的過約束定位、分片拼裝過程在位檢測及其誤差自适應補償方法,形成超大薄壁結構裝配偏差實時校正與精度創成新原理;研究薄壁筒段校形的變拓撲内撐機構設計、剛度非均勻筒段的校形機構運動反解算法,探索超大薄壁筒段偏差的整體協調校形新方法;研究高剛度鏡像對稱焊接的雙并聯機構設計、攪拌摩擦焊鏡像支撐與機器人恒力控制方法,建立超大筒段鏡像支撐攪拌摩擦焊新技術;研究厚闆攪拌摩擦焊縫厚向組織演化規律、長程焊縫攪拌摩擦焊變形控制機制,形成重型運載火箭貯箱的壁闆-筒段-箱體 焊銑裝一體化立式裝配新技術。

考核指标:揭示超大薄壁結構裝配序列與偏差場的動态映射規律,發現局部剛度與整體柔度複合作用的多點超靜定變形協調機制,建立鏡像對稱制造的軌迹-模态-頻響匹配原 理與協同控制方法,發展重型火箭薄壁結構立式裝配工藝模式;形成超大薄壁構件整體協調校形、鏡像支撐攪拌摩擦焊 以及焊裝誤差自适應控制新技術,建立重型火箭燃料貯箱立式裝配的原型實驗平台,實驗樣件焊縫連接系數大于 0.9, 對 接 面 圓 度 小 于 0.4mm/1000mm , 端 面 同 軸 度 小 于0.5mm/1000mm,面差小于 0.05mm/1000mm

26.大型複雜構件機器人化智能裝備協同加工基礎研究

研究内容:針對航空航天、能源、運載等領域大型複雜構件銑削、光整、鑽鉚等對加工裝備的特殊需求,研究大型複雜構件機器人化智能裝備協同加工的新模式、新原理和新裝備。主要包括:高性能機器人化加工單元的設計與控制、現場加工裝備-工件系統在位測量與精度調控、工藝知識與多傳感器信息驅動的多機協調控制、加工過程在線監控與加工質量評價、大型構件測量-加工-監控一體化驗證平台等内容, 為超大型複雜構件制造模式的變革提供理論與技術支撐。

考核指标:建立機器人化智能裝備自尋位與多工序協同加工新原理,探索大型構件重載加工過程中多機/工件系統精 度與加工性能保障新機制,提出大型複雜構件多機并行加工中多源信息融合與協同控制新方法,研制多機器人協同作業的機器人化智能裝備系統,包含 4 台以上移動式機器人加工裝備,定位精度優于±0.05 mm,行程大于 5 米,在超大複雜構件高效高精加工中得到演示驗證,面型誤差小于零件尺寸的 0.05%、表面粗糙度≤Ra3.2。

27.微型核反應堆超高溫非能動熱傳輸系統制造關鍵科學問題

研究内容:針對空天、海洋巡/潛航器、海島與海洋平台等國家戰略領域對高功率微型核能裝置的重大需求,突破核反應堆微型化關鍵理論與技術瓶頸,研究微型核反應堆超高溫非能動熱傳輸系統關鍵制造科學問題、技術與裝備。主要内容包括:金屬锂/锂合金熱管超高溫非能動熱傳輸原理與實 現方法;适配于液态金屬锂/锂合金工質特性的毛細結構設計原理與方法;钼基合金管内壁毛細結構高效精密成形關鍵技術;液态金屬锂/锂合金熱管封裝、測試成套技術與裝備;金屬锂/锂合金熱管集束陣列熱傳輸系統與堆芯/發電端耦合連 接的适配性及可靠性影響機制,為實現微型核反應堆超高溫非能動高效熱傳輸提供制造理論與技術支持。

考核指标:揭示超高溫熱管液态金屬锂/锂合金相變傳熱及其微型核反應堆服役條件下熱傳輸機制;提出超高溫熱管钼合金管殼、毛細結構精密成形與高可靠封裝新方法、新技術;研制 1 套钼合金管内壁毛細結構連續成形裝備;研制 1 套超高溫锂/锂合金熱管封裝與熱管陣列集成裝配新裝置;單根锂/锂合金熱管長度滿足微型核反應堆系統要求,工作溫度1600-1800 K、熱傳輸功率≥15 kW;形成 1 套熱管陣列熱傳輸系統與堆芯/發電端耦合連接的裝配工藝,搭建适用于百千瓦級微型核反應堆熱管集束陣列熱傳輸實驗樣機 1 套,完成運行溫度≥1600K、與高壓氦氣(≥8MPa)耦合換熱及考慮磁場擾動等多因素耦合工況條件下≥5000h 的測試驗證。

28.餘輝壽命可控高品質 LED 制造基礎

研究内容:餘輝可控高品質 LED,是指基于稀土的交流LED 餘輝的光容量和釋放過程調控,達到光效大幅度提升、頻閃和顔色偏差進一步減小的高品質LED,通過對其制造基礎理論研究,實現其制造工藝和裝備技術的突破。主要研究内容包括:餘輝可控的材料陷阱中心形成機制;稀土半徑、電荷和材料粒徑、形貌對陷阱中心和電子傳遞的影響和調控機制;餘輝可控微納材料複合的設計新方法,材料配制中發光、散射等光功能屬性;材料功能粒子可控分布;交流 LED 餘輝可控微納材料高均勻度(如輥壓、旋塗、噴塗等)成膜和 LED 器件制造方法、制造工藝和技術裝備。

考核指标:探明餘輝可控材料的陷阱中心調控機理;  揭示餘輝可控微納材料配制中發光、散射等光功能屬性失配的機制,研究出調控器件光譜及亮度、改善器件光色均勻性的LED 制造方法和技術;相對于傳統技術制造的餘輝可控交流LED 器件,光效提升 30%以上、頻閃彌補提升 10%以上,空間顔色偏差縮小至 100K 内(傳統技術>1000K);開發出高均勻度交流 LED 餘輝可控微納材料成膜和 LED 器件制造方法、工藝技術及其制造裝備樣機。

29.新型樹脂基複合材料飛機壁闆結構件的制造基礎

研究内容:針對輕質高強複合材料飛機壁闆結構件制造的重大需求,研究以下内容:開發兼具熱塑性易加工和熱固性高強度特性的新型樹脂;研究複雜三維新型樹脂構件的成型制造新技術和新工藝;研究新型樹脂基複合材料 T 型加筋飛機壁闆結構件的一體化制造新方法;研究新型樹脂及其複合材料結構件制造的評價方法,包括力學性能、樹脂和纖維 的可回收性、制造過程的環境友好性等。解決傳統熱固性樹脂無法三維成型制造的難題,解決傳統膠結共固化方法制造效率低、裝備複雜等問題,解決傳統熱固性樹脂基複合材料無法降解回收再利用的難。

考核指标:揭示共價鍵可控交聯-降解機理,建立制造過程的力-熱-化學模型;開發兼具熱塑性易加工和熱固性高強 度特性的新型樹脂;實現新型樹脂複雜三維結構件的成型制造;實現新型樹脂基複合材料 T 型加筋飛機壁闆結構件(面積:1m×2m 以上)的一體化制造;能同時回收複合材料中的樹脂和碳纖維,回收的連續纖維的強度下降小于 10%。

30.氣動升力協同高速列車技術基礎研究

研究内容:在不改變現有高速鐵路格局條件下,探索氣動升力協同利用高速列車設計原理和技術,實現節能降耗和提升運營速度的目的。研究高速鐵路限界約束條件下升力翼設計技術;建立升力翼與車體融合設計方法;研究橫風作用、 會車和隧道通過等運行場景的升力精确控制技術;研究三維仿生編織材料車體輕量化技術;建立輪/軌/車體/升力翼/流場耦合作用車輛動力學性能分析和評估方法;提出氣動升力協同高速列車設計方案。

考核指标:揭示出氣動升力高速運行中的減阻降耗機理,形成高速鐵路限界約束條件下的升力翼設計方法和技 術;形成氣動升力協同高速列車動力學性能評價方法和技 術;形成新型高速列車設計方案并完成綜合性能實驗驗證, 在單車明線實驗速度 400~500 km/h 條件下,氣動升力減小車輛軸重 20~30%,在橫風作用、會車和隧道通過條件下,列車動力學性能指标滿足高速列車設計規範。

31.微藻減排煙氣高效生産蛋白質機理研究

研究内容:研究光合作用系統基因水平-蛋白表達水平-  光合系統相互作用的新機理。采用系統生物學和基因工程手段,開創性的實現基因水平--蛋白表達水平--光合系統上綜合調控微藻光系統活性比(PSI/PSII)和光合商(PQ),開辟從亞細胞水平提高微藻光合系統效率的新途徑,最終實現微藻高光轉化效率和固碳效率。

考核指标:微藻規模養殖(養殖面積 10 萬平米)産量超過 30 克(幹重)/平米(反應器占地面積,含間距)/天(全年平均值),光轉化效率大于 2.5%;室内養殖光轉化效率大于 10%;微藻養殖成本低于 1 萬元每噸(幹重),接近商業化水平; 實現煙氣中 NOx 的高效脫除和高純度硝酸/硝酸鹽的生産,煙氣 NOx 含量<50mg/m3;開發 3 種以上微藻蛋白功能飼料産品,蛋白含量等指标達到新資源食品(無重金屬、可食用) 要求。

32.新型锂漿料儲能電池研究

研究内容:基于漿料電極結構與材料的精細調控,發展電力儲能用锂漿料電池,開發漿料電極的制備技術和電池系統的換液再生技術,降低儲能電池成本,提高安全性能,實現大容量锂漿料電池的規模制備。

考核指标:電池單體容量≥300Ah,能量密度≥100 Wh/kg,成本≤0.7 元/Wh,電池強行短路後不起火不爆炸,預計日曆使用壽命≥10 年;儲能示範電池系統容量≥0.2MWh,具備換液再生和安全劑注入維護功能

33.超結構多級孔柔性儲能器件

研究内容:發展跨尺度、多維度、多功能基元的模塊化、程序化超組裝新技術,實現介孔基元與柔性功能基元可控組,構築超結構多級孔材料體系,精确調控其孔性質和微納結構實現物性優化,研究超結構多級孔材料在柔性儲能器件應用中關鍵基礎和技術問題。

考核指标:發展柔性超結構多級孔電極材料、新型柔性集流層、柔性電極和柔性電解質制備技術,研制 2 種以上新型柔性儲能器件;柔性電池比能量≥300Wh/kg,循環壽命≥500次,保持率≥85%;彎折 1000 次後器件容量保持率≥90%,安全性達到國标要求。

34.物理法處理石化廢水研究

研究内容:揭示廢水湍流動力學與微米級顆粒材料運動學及污染物傳遞的關聯分離機制,構建以廢水中微米級顆粒高速自轉、自公轉耦合為核心的物理分離系統技術,研究出 以物理分離為主、生物化學方法為輔的廢水複合處理工藝流程技術和工程裝備技術。

考核指标:在廢水處理整體達标排放的前提上,與現有技術相比,化學藥劑用量減少 90%以上,油泥、浮渣、VOCs 廢氣量的減排 80%以上,綜合處理成本下降不低于 50%。研究出包括海上平台油氣廢水、石油煉制廢水、甲醇制烯烴廢水等五類石化廢水的物理分離新技術和新裝備樣機。

35.可隔熱發電的新一代有機光伏技術

研究内容:發展可集成于多元化技術和應用領域的新型高效有機光伏材料體系,研究高性能近紅外波段的光敏層材料及界面層材料的宏量制備及純化工藝以及半透明柔性有 機光伏器件新型結構;結合大面積印刷和封裝工藝,建立高性能有機光伏器件模組的制造理論與方法,發展器件集成關鍵技術。

考核指标:實現顔色可調、紅外隔熱率超過 90%、效率達 12%及可見光透明度大于 30%的半透明有機光伏器件;小面積有機光伏器件效率達到 18%或世界最高水平,面積 100 平方厘米有機光伏組件效率達到 12%或世界最高水平;封裝器件的穩定性達 10 年以上;實現可隔熱發電的半透明有機光伏器件的多功能一體化示範應用系統。

36.納米界面高效酶催化及傳感技術

研究内容:面向未來精準醫療、個體化治療等與人民健康息息相關的國家戰略需求,基于我國在表界面以及納米酶的基礎研究和應用基礎研究方面的優勢,突破制約生物/納米酶催化動力學的變革性技術發展的瓶頸,開拓酶傳感技術前沿。設計并構築具有特定微觀結構的酶催化反應界面,探索酶動力學和界面結構之間的構-效關系,大幅提升酶動力學; 鑒于生物酶的穩定性問題,發展納米酶,通過納米酶表面微結構及組成調控,揭示納米酶的催化機理,提高其催化動力學和選擇性。基于自主研發的高效酶催化反應體系,發展下一代高效生物酶傳感關鍵技術。

考核指标:(1)通過酶催化反應微觀界面的合理設計,在揭示酶本征催化動力學的同時,制備出适合高效酶催化的界面材料;(2)闡明納米酶催化的本質,構建構效關系理論模型,指導開發三種以上性能穩定的高效納米酶,其室溫工作壽命可以達到 1 年,在 4-60 度,pH 3-11 的環境中穩定工作 3 個月;(3)開發一系列高效酶傳感器件,以血糖為例,線性範圍(0-30 毫摩爾)、檢測靈敏度(>0.1 微安/毫摩爾)、選擇性(>90%)。希望将國際誤差标準從±20%提高到±10%。

37.合成塑料降解酶的定向進化工程及應用技術

研究内容:分離篩選量大面廣的通用塑料的高效降解菌株,鑒定塑料降解酶和基因;解析塑料降解酶底物結合态高分辨晶體結構,揭示塑料降解酶的分子機制,開展酶的定向進化與改良,提高酶的催化活性及穩定性;實現塑料降解酶在多種表達系統中的高效表達和鏡像生物學系統的酶合成, 實現塑料降解酶制劑的規模化制備;開發化纖織物表面酶預處理技術和塑料生物降解處理技術。

考核指标:(1)分離鑒定聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚酯、聚氨酯等五種量大面廣的通用塑料的降解菌株 5-8 株;(2)鑒定塑料降解酶 2-5 種;(3)解析塑料降解酶的晶體結構,獲得定向進化改良的高效降解酶制劑 3-6 種;(4)實現3-5 種含 400 個氨基酸以上的鏡像塑料降解酶的全化學合成, 優化合成方法,将鏡像蛋白質合成的成本降低 30%以上;(5)實現 3-5 種化學合成纖維織物親水化預處理(水接觸角小于30o)。

38.腫瘤單細胞精準捕獲及高分辨單分子分析技術

研究内容:針對惡性腫瘤(如肝癌、乳腺癌、前列腺癌等)的發生、發展、複發、轉移及耐藥監測這一世界性難題, 重點構建痕量腫瘤細胞的分離富集技術,發展高時空分辨單個腫瘤細胞、活細胞膜上單個生物分子及内源性生物功能分子的分析技術。研究腫瘤細胞與界面特異識别規律,構築仿生高效分離材料與器件;發展高分辨單細胞檢測分析技術如量子微觀磁學技術、單細胞高分辨磁共振技術,精準測量單個腫瘤細胞、内微環境中細胞器及膜蛋白功能與構象在治療前後的改變;發展時空高分辨單分子光譜分析技術,研究細胞膜上單個生物分子在外界刺激下位置與構象的特征變化; 發展可用于臨床的内源性生物功能分子信息的無損無深度限制的獲取、重建與可視化新方法和新技術,研究原位介微觀水平腫瘤演進與重要分子代謝異常和影像的時空關系;構建兼具宏觀視場和介觀分辨率的多目标觀測跟蹤技術和平台,揭示惡性腫瘤轉移中多單體腫瘤細胞的器官親嗜性等重要規律。

考核指标:(1)基于仿生原理的痕量循環腫瘤細胞富集技術,獲得 3-5 種特異富集分離材料,達到 90%以上的富集效率;(2)基于量子原理的微觀磁學技術及單細胞磁共振技術,分辨率達到 1 微米,實現單個腫瘤細胞與跨膜蛋白分子的磁學檢測與實時構像;(3)時空高分辨的單分子光譜分析技術,空間分辨率小于 5 埃、時間分辨率達到 10 毫秒,實

現膜上生物分子位置與構像的精準測量;(4)活體非質子元素原位代謝波譜新技術,臨床實現至少 5 種重要内源性生物功能分子的高靈敏探測;(5)厘米級視場亞微米分辨率的群體腫瘤細胞跨尺度遷移動态成像技術,實現十億像素計算顯微動态成像。

39.基于生物納米孔的新型生物大分子測序和檢測技術

研究内容:面向長讀長、高精度、小型化低成本的生物納米孔核酸測序技術的臨床應用需求,針對目前納米孔測序技術發展的納米孔質量差和測序精度低等問題,突破新型生物納米孔制備和新型測序方法的瓶頸。研究各類生物納米孔結構與功能,揭示其組裝與形成的分子機制;解析各類新型納米孔的三維結構并對其進行優化改造,系統發現和篩選适合高精度生物大分子測序和檢測的新型納米孔體系;發展新型生物納米孔的大量制備、支撐陣列和上膜嵌孔技術;發展新型納米孔核酸測序和蛋白質檢測技術,實現高精度和高讀長的核酸測序和高靈敏度的蛋白質檢測;完成有應用價值的納米孔測序樣機。

考核指标:(1)發現和鑒定3-4種具有單堿基分辨能力的新型生物納米孔體系,解析其原子分辨率的三維結構和闡明納米孔組裝與形成的分子機制,并對其進行優化和改造;(2)發展2-3種新型納米孔穩定制備、支撐陣列和上膜嵌孔技術;(3)基于以上新型納米孔發展納米孔核酸測序方案和蛋白質的檢測技術和測序方案,實現10kb長讀長,單次過孔90% 以上準确率的DNA測序,原理上展示直接RNA測序及蛋白質的序列識别;(4)完成具有自主知識産權的新型納米孔核酸測序的樣機驗證。

40.基于定制芯片的生物體系全原子分子動力學模拟專用機原型系統

研究内容:面向生命科學、生物醫藥等多學科前沿交叉領域重大需求的共性關鍵技術-生物體系全原子分子動力學 模拟,突破現有基于通用芯片的計算機體系架構以及先設計芯片和整機硬件再開發應用軟件的傳統模式,采用應用程序開發引領芯片和整機硬件協同設計變革性方式,結合我國在生物體系分子動力學模拟研究,以及自主計算機芯片與整機硬件研制方面的科技優勢,揭示生物體系全原子毫秒時間尺度分子動力學模拟的制約因素以及内在缺陷,在現場可編程邏輯門陣列(FPGA)軟硬件協同設計環境下,通過設計各 種不同函數高精度計算的硬件加速模塊及各模塊間的片内 高速互聯,開發片間高效通信及并行模拟算法,構建多個定 制軟硬件協同工作的原型系統,為解決下一代百萬原子生物體系毫秒級全原子分子動力學模拟的算力瓶頸問題提供軟 硬件協同設計技術路線。

考核指标:(1)實現一整套适用于生物體系全原子毫秒時間尺度分子動力學模拟的FPGA定制芯片硬件體系結構,以及相應應用軟件設計方案的原型系統;(2)采用該FPGA原型系統完成對單個定制芯片以及定制網絡互聯下多個芯片整體的功能、性能和穩定性驗證;(3)在該原型系統中實現2類(脂溶性和水溶性)典型生物體系單FPGA卡百萬原子  1天模拟1納秒的計算性能。

41.社交與情感的生物學基礎和轉化研究

研究内容:基于我國在家犬基因組、基因編輯和克隆等基礎和轉化應用方面的國際領先優勢,以及經過三萬多年人工選育後家犬所展現的千變萬化的各種性狀,活躍的社交和豐富的情感(包括與人類的跨物種共情)等特性,建立以家犬為模式生物的社交與情感以及認知功能研究流域,揭示人類社交和情感的遺傳和神經生物學機制,并在認知和精神疾病藥物研發上取得突破。發展高效,精準的家犬基因編輯和 克隆技術;創建家犬社交、情感和共情的定量評價體系以及 大腦結構和功能分析技術和平台;突破傳統動物模型的限 制,推動家犬作為新一代模式動物在生命科學基礎和轉化應用研究中的應用。

考核指标:(1)利用基因組、轉錄組、蛋白組等組學手段鑒定控制家犬社交和情感等的關鍵基因和蛋白調控網絡;(2)建立高效精準的家犬基因編輯和克隆技術,針對重要的社交和情感相關基因,創建家犬突變體模型;(3)創建家犬大腦發育、結構和功能,以及社交和情感檢測體系和平台, 篩選和測試改善社交和情感異常的候選藥物。

42.類腦智能的模塊化計算及其數學基礎

研究内容:發展和應用數據同化、機器學習等方向的現代數學理論方法,建立功能磁共振成像、彌散張量成像等多維度、多模态高精度實驗數據測量規範與标準,構建實驗測量數據驅動的、基于電脈沖發放模型的全腦神經計算模型。依靠全腦計算模型,對于一些重要的腦功能模塊(如獎勵、懲罰等區域)的演化與測量的動态實驗數據進行交叉驗證, 促進理解腦功能模塊以及全腦工作機制,逐步提高該全腦計算模型的可靠性,發展新型模塊化學習算法,促進新一代人工智能算法的發展和應用。

考核指标:在整合激發等神經動力學介觀水平上,建立與現有實驗數據相匹配的、供腦科學家做計算測試的全腦神經計算模型。形成一套适合于大規模、多尺度建模的嚴格數據同化、機器學習等理論。構建新型模塊化學習算法,在人工智能相關的應用領域中有效果較好的運用。

43.集成電路設計中的新型計算方法及數學理論

研究内容:面向後摩爾時代新一代集成電路的設計與制造,重點研究下列科學問題的創新計算方法與數學理論:研究納米尺寸大區域版圖工藝仿真的高效高精度算法及自适 應誤差控制理論,基于全波模拟研究三維光刻的可計算模型與新型計算方法及其有效性的數學理論;研究納米尺寸半導體器件的多尺度計算方法及其收斂性的數學理論;研究下一代光電元件材料的電子結構可計算模型與高效算法,包括可靠性、有效性與誤差控制的數學理論;研究機器學習與自适應結合的電路智能優化設計及成品率分析方法與理論。

考核指标:提出新一代集成電路場路耦合模型的自适應算法以及三維光刻全波仿真的快速算法,建立算法的可靠性和誤差控制等數學理論,構建新一代場路分析工具原型系 統;提出納米半導體器件的多尺度模型與新型計算方法,建立問題的可解性與計算方法的收斂性等數學理論;建立第一原理電子結構計算中典型模型的逼近可靠性與有效性以及 誤差控制的數學理論;建立二維材料無公度體系的可計算模型,發展相應的數值方法,為下一代光電元件材料的光電性質模拟和預測提供科學計算手段;提出智能電路優化方法, 優化效果優于模拟退火、進化算法等随機優化算法;提出成品率智能分析方法,将成品率分析效率提高一個量級。

44.颠覆性技術感知響應平台研發與應用示範

研究内容:研究科技資源集成應用技術,開發建設面向颠覆性技術識别的科技資源池;研究颠覆性技術動态、智能感知響應方法與技術;研究颠覆性技術識别的準确性驗證方法和技術;開發一套包括資源采集處理、颠覆性技術識别挖掘、可視化分析等的情報分析工具;研制集成上述工具的颠覆性技術感知響應平台,構建平台運營服務體系,開展示範應用。

考核指标:構建比較系統的颠覆性技術感知響應模型和體系,在颠覆性技術動态、智能感知響應方法與技術取得創新突破。圍繞科技前沿、科技文獻、科技人才、科技成果等 科技資源,形成特色資源池。開發資源采集處理、颠覆性技 術識别挖掘、可視化等工具庫(不少于 10 個)。研發颠覆性技術感知響應平台,建立平台運營服務體系,選擇 3 個以上技術領域。申請專利或登記軟件著作權不少于 15 項,制定國家、行業或核心企業标準不少于 3 項。