2021年化学科学部共发布10个重大项目指南，拟资助7个重大项目。项目申请的直接费用预算不得超过1500万元/项。

以下为本次发布的申报指南中与材料相关的项目汇总。

“基于能量耗散的金属基复合材料强-韧性关联重构”重大项目指南

兼具高强度和高韧性的先进金属基复合材料是空天等领域所急需的轻质结构材料，对于提升装备可靠性、减轻重量有着不可替代的关键作用。材料的强度和韧性之间存在倒置关系，严重制约了金属基复合材料的发展。以材料微结构为首要要素的构型化复合理念是目前突破强-韧性倒置关系的最有希望的思路，而金属基复合材料以其可设计性成为最有可能实现这一革命性材料设计思路并获得重大应用的新型材料。因此，探索强-韧性的同步提升机制，开发新型高强韧金属基复合材料，具有重要意义。

一、科学目标

针对构型化复合面临的强韧化机理不清、设计调控难等瓶颈问题，研究能量耗散及变形非局域化的新原理和新技术，阐明复合构型的能量耗散机理，提出力学性能和使役行为的能量学判据，建立复合构型跨尺度设计准则，突破强-韧性倒置关系并实现关联重构，为制备高强韧金属基复合材料奠定理论基础。

二、研究内容

（一）金属基复合材料强-韧性关联的能耗机理。

研究复合结构基元和界面的能量耗散行为，探究能耗方式对变形、断裂等力学行为的影响规律，揭示复合构型能量耗散的新机理，构建“复合构型-能量耗散-力学性能”的构效关系。

（二）构型化金属基复合材料跨尺度设计原理。

构建能量守恒与构型化复合相结合的跨尺度力学拟实模型，研究复合构型对能量-应力-应变的分配规律和影响机制，提出相对应的能量学判据，指导高强韧金属基复合材料的反向设计。

（三）金属基复合材料构型化复合制备技术。

发展跨尺度、精准调控复合构型的制备新技术，研究多相多尺度复合结构基元之间的限域作用规律，揭示复合构型和界面的形成与演化机制，实现高强韧金属基复合材料的可控制备。

三、申请要求

（一）申请书的附注说明选择“基于能量耗散的金属基复合材料强-韧性关联重构”，申请代码1选择E0105。

“高频高效电机用新型非晶软磁材料”重大项目指南

大功率、高转速、小型化、低能耗的高频高效电机是未来电机领域发展的必然趋势。传统电机受硅钢材料的矫顽力大和电导率高等固有属性的限制，在高频下损耗严重，效率不高。软磁非晶合金是一种具有远低于硅钢的矫顽力和电导率的新型金属材料，是制备高频高效电机铁芯的理想材料。因此，研发新一代适用于高频高效电机的软磁非晶合金新材料，对突破高速精密机床、无人机、高速离心机等领域用高频高速电机的技术瓶颈、提升关键基础部件核心竞争力具有重要意义。

一、科学目标

以高频高效电机铁芯为应用导向，研发出兼具高非晶形成能力、高饱和磁感强度和低磁致伸缩系数的新一代软磁非晶合金材料，形成软磁非晶材料高效研发的新技术，获得非晶铁芯低成本加工成型新工艺，突破非晶铁芯制造难题，为高频高效非晶电机在高端装备中的广泛应用提供科学依据和技术支撑。

二、研究内容

（一）软磁非晶合金的形成机理及其性能调控规律。

研究软磁非晶合金形成过程中熔体结构的演化规律，揭示软磁非晶合金的形成机理；探明软磁非晶合金的微观结构和宏观磁性能、力学性能的关联性及其调控规律。

（二）新型高性能软磁非晶合金的高效开发技术。

建立软磁非晶合金的高效制备和集成化性能表征的新方法，获得兼具高非晶形成能力、高饱和磁感强度（1.8T以上）和低磁致伸缩系数的新一代软磁非晶合金。

（三）新型软磁非晶合金的加工性能优化。

探明非晶铁芯加工过程中结构和力学性能的演化规律，发展非晶合金塑性调控的新方法，探索软磁非晶铁芯塑性加工的新工艺，实现非晶铁芯的低成本和高效率加工。

（四）基于新型软磁非晶合金的高频高效电机开发。

发展高速非晶电机的损耗精细计算、分离理论及效率准确测试的方法和关键技术，优化非晶铁芯和高频高效非晶电机的结构，研制新一代高频高效非晶电机示范性样机。

三、申请要求

（一）申请书的附注说明选择“高频高效电机用非晶软磁材料基础问题研究”，申请代码1选择E0106。

“第三代半导体中压电-电/光耦合新效应、材料与器件研究”重大项目指南

第三代半导体是信息、能源等战略行业的重要材料，世界各国均将其列为国家重点发展战略。压电极化是决定第三代半导体器件电/光性能的重要因素。如何调控压电极化，突破大功率晶体管功率瓶颈，以及提高光电器件光电转换效率是当前亟需解决的科学技术难题。因此，第三代半导体压电-电/光多场耦合效应的研究不仅能极大丰富半导体物理学，而且将变革器件设计理念及制造技术，推动其在大功率晶体管和发光二极管等重大应用的变革性突破，对电子探测技术和照明技术具有重要意义。

一、科学目标

针对第三代半导体器件中压电极化制约大功率晶体管和发光二极管性能的瓶颈问题，研究压电-电/光多场耦合新效应，建立三维精准局域应力调控的新方法，为实现大功率晶体管和发光二极管性能的变革性突破提供理论和技术支撑。

二、研究内容

（一）压电-电/光耦合新效应。

研究第三代半导体异质结处载流子的产生、分离、弛豫、复合的超快过程及其与压电-电/光多场耦合的关联，从原子层面揭示压电-电/光多场耦合新效应，构建完整的理论体系。

（二）第三代半导体材料的精准构筑、应力固化与性能调控。

精准构筑低维第三代半导体材料，揭示材料组分、微结构、缺陷行为与压电-电/光特性的内在关联；研究第三代半导体中应力固化的新机制，发展原子级三维应力调控和外延应力固化的新方法。

（三）压电-电耦合增强的大功率晶体管的研制与应用。

研究第三代半导体压电-电耦合器件新设计方法，发展压电异质结生长、器件构筑和应力调控等关键技术；面向雷达、通讯领域的需求，研制突破当前功率瓶颈的大功率晶体管。

（四）压电-光耦合调制的发光二极管的研制与应用。

研究第三代半导体大失配外延引入的压电场对光电器件性能的影响及作用机制，开拓压电-光耦合大幅提高光电转换量子效率的新方案，开发高能效的发光二极管，推动照明领域的节能减排。

三、申请要求

(一) 申请书的附注说明选择“第三代半导体中压电-电/光耦合新效应、材料与器件研究”，申请代码1选择E0207。

“规模化多能协同存储与能质调控”重大项目指南

可再生能源的高效利用是支撑我国“双碳”（碳达峰与碳中和）战略目标的重要基础。如何实现可再生能源的规模化安全高效储能是当前能源领域亟待解决的工程技术难题。因此，针对未来能源系统供给侧可再生能源高比例和消费侧“电-热/冷-燃料”多样化的用能特点，探究规模化多能协同存储与能质调控的机理与方法，对支撑我国能源结构转型、推动储能战略新兴产业发展具有重要意义。

一、科学目标

针对规模化多能存储面临储电安全管控、储热传递强化与调控、电制燃料热-电协同等瓶颈问题，研究基于热物理/热化学储能、电化学储能及电-燃料转化储能的多能协同存储新原理与新技术，揭示电/热/化学多能协同转换存储与能质调控机制，构建可再生能源规模化多能协同存储的理论和技术体系。

二、研究内容

（一）大容量电能存储与安全管控。

研究大容量电能存储中储能电池多参数耦合在线状态诊断、故障预警及安全管控，发展化学电池本质安全理论和再生修复新技术，探索规模化电能物理转换与协同存储新方法。

（二）高功率密度热物理储能。

研究高功率密度热物理储能的传热传质强化与智能管控，建立储热材料-装置的多相多尺度传热传质耦合模型，发展高导热储热材料及规模化高功率密度储热装置的热设计新方法。

（三）高能量/功率密度热化学储能。

研究高能量/功率密度热化学储能及能质调控新原理，揭示热化学储热材料传热传质强化与活性维持机理，提出规模化高密度热化学储能能质传输与化学反应耦合协同强化新方法。

（四）高效率/能量密度电化学燃料储能。

研究规模化电化学燃料储能的“可再生能源-电能-热能-燃料”有序对口转化，揭示电化学-热物理耦合转换过程中热/质/电/离子传递规律，形成热-电协同制取化学燃料的新技术。

（五）规模化多能协同存储与能质调控。

研究规模化多能协同存储的能量传递、存储及调控，构建 “源-储-荷”耦合匹配的多能协同存储与能质调控新理论，形成基于电网/热网/气网融合的多能协同存储和输配新方案。

三、申请要求

（一）申请书的附注说明选择“规模化多能协同存储与能质调控”，申请代码1选择E0607。

“高压电缆聚烯烃绝缘性能强化”重大项目指南

高压电缆（交流、直流）对我国电力能源的发展至关重要，是城市地下能源综合通道建设和海上风电并网的关键要素。如何快速提升我国高压电缆的全国产化与自主化能力，是当前亟需解决的重大科技问题。因此，加强高压电缆绝缘基础理论研究，突破高压电缆强绝缘、高可靠、长寿命的技术瓶颈，对支撑我国电力装备和电力工业的高质量发展、顺利实现碳中和目标具有重要的意义。

一、科学目标

针对高压电缆聚烯烃绝缘的强绝缘、高可靠、长寿命的瓶颈技术问题，从解耦电荷、电场与微观结构/宏观界面之间的多尺度复杂关联着手，研究高压电缆聚烯烃绝缘电荷输运抑制，高压电缆聚烯烃绝缘电场调控，高压电缆聚烯烃绝缘耐电寿命提升，为解决高压电缆国家重大需求提供理论支撑。

二、研究内容

（一）高压电缆聚烯烃绝缘电荷输运抑制理论与方法。

研究聚烯烃绝缘多级结构和杂质（缺陷）对电荷输运的影响机制及其调控。

（二）高压电缆聚烯烃绝缘交流电场调控理论和方法。

研究聚烯烃交流绝缘的宏观/介观界面设计、交流电场-热场耦合机制与设计、交流电场调控理论与方法。

（三）高压电缆聚烯烃绝缘直流电场调控理论和方法。

研究聚烯烃直流绝缘的宏观/介观界面设计、直流电场-空间电荷-热场耦合机制与设计、电场-空间电荷调控理论与方法。

（四）高压电缆聚烯烃交流绝缘耐电寿命提升。

研究聚烯烃电缆绝缘状态原位表征识别、多级结构与界面协同减缓聚烯烃绝缘交流电老化机制、聚烯烃交流绝缘剩余寿命理论。

（五）高压电缆聚烯烃直流绝缘耐电寿命提升。

研究聚烯烃绝缘直流电热老化机制、空间电荷和热场调控协同减缓聚烯烃绝缘直流电老化机制、聚烯烃直流绝缘剩余寿命理论。

三、申请要求

（一）申请书的附注说明选择“高压电缆聚烯烃绝缘性能强化”，申请代码1选择E0702。

“内禀功能耦合MA2Z4材料”重大项目指南

多功能耦合是新材料发展的重要趋势，以MA2Z4材料为代表的内禀功能耦合新材料，可实现不同功能的耦合共存，具有重要的科学价值和应用潜力。如何在MA2Z4材料中实现更多种类的功能耦合及耦合效应最大化，是当前急需解决的重大科学难题。因此，针对MA2Z4材料的结构单元特性及其功能耦合作用难点，开展材料设计、创制、新物理效应的基础科学和关键技术研究，突破多种功能耦合效应最大化的瓶颈，对于建立新材料创制新范式、促进电子信息技术和新能源技术的发展具有重要意义。

一、科学目标

针对传统材料中一些独特但矛盾的功能特性难以耦合或耦合效应弱的重大难题，建立内禀功能耦合MA2Z4材料的设计原理，发展制备理论和方法，革新材料创制范式，揭示功能结构单元耦合诱导的新物性和新效应，并开发新应用，为电子信息和可再生能源技术的发展奠定理论和技术基础。

二、研究内容

（一）MA2Z4材料的设计与性能预测。

高通量计算与预测MA2Z4材料及其电学、磁学、光学、声学和超导等基本物性，阐明其功能单元耦合对MA2Z4物理性质的调控规律，实现内禀功能耦合特性目标导向的MA2Z4材料设计。

（二）MA2Z4材料的制备理论与方法。

开展MA2Z4材料的制备方法和生长机制研究，阐明其功能单元的结构特征，研究其生长热力学和动力学行为，建立MA2Z4材料的制备理论和方法，实现高质量材料的控制制备。

（三）MA2Z4材料的物理性质与新效应。

开展MA2Z4材料中磁性、超导、拓扑等性质的实验研究，阐明MA2Z4材料中多种内禀功能物态的耦合机制，并揭示多种内禀功能物态强耦合下MA2Z4材料中的新物性与新效应。

（四）MA2Z4材料在新原理器件与新能源中的应用探索。

针对MA2Z4材料的独特性能，研究新原理器件的构建和新能源的高效转化，阐明内禀功能耦合MA2Z4材料在电子信息和可再生能源领域的作用机制及应用优势。

三、申请要求

（一）申请书的附注说明选择“内禀功能耦合MA2Z4材料”，申请代码1选择E13。

“自由基化学反应的机制与功能”重大项目指南

自由基是化学转化过程中的一类关键中间体，但受制于其短寿命和高活性等特征，目前对自由基反应的本质认识十分有限。阐释自由基的产生机制、反应活性和选择性调控、成键的热力学和动力学过程等关键科学问题，有助于发挥自由基化学的独特优势，指导新型绿色、高效、高选择性自由基反应的设计和开发，为化学、材料和生命科学等领域提供有力的合成与认知工具，助力合成化学的变革性发展。

一、科学目标

针对自由基化学的研究现状和趋势，揭示自由基反应的本质和规律，探讨自由基形成与转化过程中的动力学和动态学，开发大宗化工原料的自由基新反应，并应用于重要生物活性物质和精细化学品的高效高选择性合成，优化资源利用，加速医药研发，推动化学工业变革性方法和技术的跨越发展，提升我国在自由基化学领域的学术地位。

二、关键科学问题

（一）自由基的产生与成键机制。

（二）自由基反应活性和选择性调控机制。

（三）自由基转化过程中的热力学和动力学规律。

三、申请要求

（一）申请书的附注说明选择“自由基化学反应的机制与功能”（以上选择不准确或未选择的项目申请不予受理）。

“化学反应的超分子调控”重大项目指南

化学反应的超分子调控是实现化学反应精准化的一个重要且独特的手段。通过多重与多种非共价相互作用的动态化协同，超分子方法有望在不同时空尺度上高效且特异性识别反应底物、中间体和产物，从而实现对反应位点和反应路径的高效与高选择性调控。旨在揭示非共价相互作用对活性中间体物种结构、寿命及反应路径等的有效调控机制，阐明超分子活性中间体的结构与反应规律，为创造新物质提供新的思路和方法，并推动化学合成向精准化发展。

一、科学目标

创建有机分子组装体及生物大分子组装体等新型超分子体系，开发调控化学反应的超分子新方法，实现对化学反应的路径、效率及选择性的精准调控，发展高效的分子转化与功能化反应策略，为创造新物质提供变革性的思路和研究范式。

二、关键科学问题

（一）非共价相互作用对化学反应中间体结构、寿命、活性的影响。

（二）非共价相互作用对反应路径和选择性调控的机制。

三、申请要求

申请书的附注说明选择“化学反应的超分子调控”（以上选择不准确或未选择的项目申请不予受理）。

“新型无机倍频晶体材料的化学创制”重大项目指南

倍频晶体可实现激光波长的转换，是光学器件的关键材料。由于稳定性好和激光损伤阈值高，无机倍频晶体在国防科技、精密加工和量子信息等领域得到了广泛的应用。自上世纪七十年代以来，我国发现并开发了以可见波段的BBO 、LBO和深紫外波段的KBBF为代表的、享誉世界的“中国牌”倍频晶体。由于已知倍频材料的“基因”有限，无机倍频晶体材料的研究仍局限于硼酸盐和磷酸盐体系，造成了倍频材料“基因”固化和材料“基因”封闭的困境。拓展功能优异的新型无机倍频晶体材料种类、缩短研发周期是本领域的重大需求。旨在建立新的研究范式，以理论计算与机器学习为指导，化学材料创制为主线，功能晶体制备为目标，从源头上解决制约传统倍频晶体材料的服役性能瓶颈问题，确保我国在倍频晶体材料领域的国际领先地位。

一、科学目标

通过新理论模型和倍频晶体材料“基因”数据库的建立，应用机器学习和数据挖掘技术，发现新型材料“基因”，建立基于新型“基因”的倍频晶体材料可控合成新策略、新方法，揭示材料“基因”的键合特性及组装规律对带隙、双折射率以及倍频效应等光学性能的作用机制，制备功能优异的新型倍频晶体材料，实现化学创制新颖无机倍频晶体材料的目标，创制新一代“中国牌”倍频晶体材料体系，进一步提升我国在该领域的国际地位。

二、关键科学问题

（一）发现有共性的、全新的材料“基因”。

（二）创制基于全新“基因”的无机倍频材料新体系。

（三）揭示材料“基因”与晶体材料的构效关系。

三、申请要求

（一）申请书的附注说明选择“新型无机倍频晶体材料的化学创制”（以上选择不准确或未选择的项目申请不予受理）。

“高强多功能碳纳米管纤维基础研究”重大项目指南

碳纳米管是强度最高的材料之一。可控制备出接近单根碳纳米管力学性能的宏观纤维对实现其规模化应用具有重要意义。围绕高强多功能碳纳米管纤维，研究结构完美碳纳米管的可控制备、基础物性以及不同尺度下碳纳米管的组装规律，开发出高强度碳纳米管纤维。通过建立碳纳米管宏观纤维的制备工艺-结构-性能关系，发展结构功能一体化碳纳米管纤维复合材料体系，推动我国高性能碳纤维生产技术的发展。

一、科学目标

针对碳纳米管的晶格缺陷和尺寸效应，从原子结构控制、极致性能探索、宏观纤维组装、多级结构设计与功能化入手，揭示不同尺度下碳纳米管界面生长和组装规律，开拓高性能碳纳米管纤维增强、增韧的技术原理和方法，并实现高强功能化碳纳米管纤维从创制到应用的突破。通过项目的实施，获得成套先进碳基纤维生产的基础理论和技术原型，形成一支国际上有重要影响力的研究队伍，提升我国相关领域的原创和引领能力。

二、关键科学问题

（一）结构完美超长碳纳米管的精准构建及生长机制。

（二）高强高韧碳纳米管宏观纤维的制备技术。

（三）碳纳米管宏观纤维的力、电学性能调控机制及构效关系。

三、申请要求

（一）申请书的附注说明选择“高强多功能碳纳米管纤维基础研究”（以上选择不准确或未选择的项目申请不予受理）。

“催化反应微区热耦合机制与调控”重大项目指南

多相催化反应过程必然伴随着能量的传递。脱氢、重整、裂化、加氢、氧化、聚合等常见反应均具有强吸放热效应，是影响化工过程安全性的关键因素，并导致高能耗和高排放。催化反应微区结构影响反应路径，反应热随动力学过程呈现非线性变化；同时，多相间的传热速率正比于传热面积和温度差，并受到多相间的热传导、热对流和热辐射等不同途径的影响。拟构建强吸放热反应系统的调控方法，结合化工过程强化手段，实现强吸放热反应过程的高效稳定运行和节能减排，从反应源头保障化工本质和过程安全。

一、科学目标

拟针对催化过程中反应热与传热的耦合过程，在催化反应微区、催化剂颗粒、反应器等多层次进行研究，揭示纳微尺度上催化活性位微区反应热与传热的演变规律，发展用于检测活性位微区和反应器中温度变化的原位动态表征技术；明确能够适应强吸热和强放热反应过程的催化材料结构特征，建立热学性质可控的催化剂工程制备策略；设计与强吸放热过程匹配的反应器结构，利用过程强化手段，提高反应过程能量利用效率，提升化工过程的稳定性和安全性。针对典型强吸放热反应过程开展工程化研究，构建1-2个节能降耗、绿色安全的示范工程，开辟化工领域的特色方向。

二、关键科学问题

（一）催化活性位微区结构对反应热效应的影响规律。

（二）多相间反应热与传热的非线性匹配机制。

（三）多相热耦合反应与系统能量优化机制。

三、申请要求

（一）申请书的附注说明选择“催化反应微区热耦合机制与调控”（以上选择不准确或未选择的项目申请不予受理）。

文章来源：

http://www.nsfc.gov.cn/publish/portal0/tab442/info81561.htm