《國家自然科學基金“十三五”發展規劃》中指出，我國基礎研究正處于創新發展的新階段，總體上面臨“六期疊加”的形勢，即全球新科技革命和產業變革的歷史交匯期、中國經濟和產業提質增效升級的全面轉型期、國家發展跨越中等收入陷阱的戰略突圍期、創新型國家建設的關鍵決勝期、科技體制和創新體系的深度調整期、基礎研究從量變到質變的重要躍升期。與主要發達國家相比，整體實力仍有差距。一是具有國際影響力的重大原創成果偏少，缺乏開創重要新興學科和方向的能力。二是引領科學潮流的世界級科學家匱乏，青年人才成長環境尚需改善。三是基礎研究促進經濟社會發展、保障國家安全的作用有待提升。四是創新文化氛圍有待改善，科研誠信狀況不佳、不端行為時有發生，科研倫理未得到應有的重視。“十三五”期間，科學基金著眼上述問題與挑戰，開拓進取，實施有針對性的政策措施，促進我國基礎研究健康發展。

    面上項目支持自由探索，激勵原始創新，促進學科均衡協調可持續發展。重點項目著眼關鍵前沿，結合戰略需求，兼顧學科發展，集成創新資源，孕育重點突破。

    工程科學是研究人造結構及其系統在特定條件下的表象及相關規律的科學，主要包括冶金與礦業工程、機械工程、建筑環境與土木工程、水利科學與海洋工程等學科。未來五年，在繼續支持我國具有優勢或特色的研究方向基礎上，積極推動協同創新研究；結合經濟社會發展以及國防安全等方面的重大需求，瞄準國際前沿開展基礎研究，并形成具有自主知識產權的核心技術；加強和促進工程科學與其他學科之間的交叉與融合，推動工程領域開展實質性的國際合作，盡快縮短我國與世界強國在工程科學領域基礎研究的差距，在若干方向和技術領域實現與發達國家“并跑”。到2020年，形成若干個在國際上有重要影響力的研究團隊或群體，有更多的青年學者在國際一流學術會議上作主題報告。“十三五”期間，重點支持領域包括化石能源高效開發與災害防控理論、高效提取冶金及高性能材料制備加工過程科學、復雜機電系統集成設計、增材制造技術基礎研究、機械表面/界面效應與控制、多種災害作用下的高性能結構全壽命可靠性設計理論、綠色建筑設計理論與方法、變化環境下水資源高效利用與生態水利等。

    工程與材料科學學部遴選出18個優先發展領域及其主要研究方向，這些領域將成為未來五年重點項目和重點項目群立項的主要來源。

    （1）亞穩金屬材料的微結構和變形機理

    主要研究方向：

    發展新型具有特殊性能的非晶態合金體系；

    復雜合金相的結構和性能研究；

    結構特征與表征方法；

    結構與熱穩定性；

    變形機理及強化機制；

    脆性斷裂機理及韌化；

    深過冷條件下的凝固行為及晶體形核和生長過程研究。

    （2）高性能輕質金屬材料的制備加工和性能調控

    主要研究方向：

    輕質金屬材料（鋁、鎂、鈦合金和泡沫金屬等）合金設計、強韌化機理及組織性能調控研究；先進鑄造、塑性加工以及連接過程中的工藝、組織和性能調控的基礎理論研究；

    使役性能與防護基礎理論研究；

    燒結金屬孔結構控制基礎研究。

    （3）低維碳材料

    主要研究方向：

    低維碳材料的結構特征及其新物性的物理起因；

    低維碳材料中電子、光子、聲子等的運動規律和機制；

    低維碳材料的可控制備原理與規模化制備方法；

    低維碳材料的新物性、新效應、新原理器件和新應用探索。

    （4）新型無機功能材料

    主要研究方向：

    基于微觀物理模型和物理圖像的高溫超導機理研究與應用；

    多鐵性材料的合成和磁電耦合機理與應用；

    超材料的結構設計原理及其新效應器件；

    阻變材料的物理機制和器件憶阻行為的可調控性及原型器件研究。

    （5）高分子材料加工的新原理和新方法

    主要研究方向：

    高分子材料加工中結構演變的物理與化學問題；

    高分子材料非線性流變學，以及高分子加工不穩定現象的機理；

    高分子材料加工的多尺度模擬與預測；

    高分子材料加工的在線表征方法；

    微納尺度加工等新型加工方法，以及基于原理創新的加工技術。

    （6）生物活性物質控釋/遞送系統載體材料

    主要研究方向：

    生物啟發型和病灶微環境響應載體材料；

    疾病免疫治療藥物載體材料；

    核酸類藥物載體材料及其遞送系統；

    具高靈敏度、組織和細胞高靶向性及信號放大功能的分子探針，以及診－治一體化的高分子載體材料及其遞送系統。

    （7）化石能源高效開發與災害防控理論

    主要研究方向：

    實鉆地層物化特性和巖石力學；

    油氣藏開發，復雜工況管柱與管線，復雜油氣工程相互作用及流動；

    開采條件下巖體本構關系，多相、多場耦合的多尺度變形破壞機理；

    極端條件下開采機器人化的信息融合與決策。

    （8）高效提取冶金及高性能材料制備加工過程科學

    主要研究方向：

    冶金關鍵物化數據；

    選冶過程物相結構演變；

    反應器新原理與新流程，低碳煉鐵；

    高效轉化與清潔分離，二次資源利用，高效連鑄；

    高性能粉末冶金材料；

    多場作用下的金屬凝固；

    界面科學；

    冶金過程高效利用。

    （9）機械表面界面行為與調控

    主要研究方向：

    界面接觸與粘著機理；

    表/界面能形成機理及應用；

    受限條件下界面行為調控；

    運動體與介質界面行為；

    生物組織/人工材料界面行為；

    生物組織界面損傷與修復。

    （10）增材制造技術基礎

    主要研究方向：

    高效、高精度增材制造方法；

    先進材料增材制造技術及性能調控；

    材料、結構與器件一體化制造原理與方法；

    生物3D打印及功能重建；

    多尺度增材制造原理與方法。

    （11）傳熱傳質與先進熱力系統

    主要研究方向：

    非常規條件及微納尺度傳熱的基礎研究；

    基于先進熱力循環的新型高效能量轉換與利用系統；

    生物傳熱傳質基礎理論及仿生熱學；

    熱學探索——熱質理論的微觀基礎及其與宏觀規律的統一。

    （12）燃燒反應途徑調控

    主要研究方向：

    基于燃料設計和混合氣活性控制的燃燒反應途徑調控研究；

    非平衡等離子體燃燒反應途徑調控研究；

    以催化輔助、無焰燃燒、富氧燃燒和化學鏈燃燒等新型燃燒技術為主燃燒反應途徑調控研究；基于尺度效應的燃燒反應途徑調控；

    基于物理過程控制的燃燒反應途徑調控。

    （13）新一代能源電力系統基礎研究

    主要研究方向：

    新一代能源電力系統的體系架構及系統安全穩定問題作用機理（包括智能電廠和智能電網等方面）；

    電工新材料應用及新裝備的研制、運行和服役中的相關科學問題；

    多種能源系統的互聯耦合方式；

    供需互動用電、能源電力與信息系統的交互機制；

    系統運行機制與能源電力市場理論；

    網絡綜合規劃理論與方法。

    （14）高效能高品質電機系統基礎科學問題

    主要研究方向：

    電-磁-力-熱-流體多物理場交叉耦合與演化作用機理；

    “結構-制造-性能-材料服役行為”的耦合規律和綜合分析方法；

    多約束條件下電機系統及其驅動控制；

    電機系統的新型拓撲結構、設計理論與方法、制造工藝、控制策略。

    （15）多種災害作用下的結構全壽命整體可靠性設計理論

    主要研究方向：

    多種災害（地震、風災、火災、爆炸等）作用下的土木工程結構全壽命可靠性設計理論與方法；

    多種災害作用危險性分析原理；

    工程結構時、空多尺度破壞規律；

    高性能結構體系與可恢復功能結構體系；

    防御多種災害的結構整體可靠度設計理論與方法。

    （16）綠色建筑設計理論與方法

    主要研究方向：

    建筑形體、空間、平面和構造與綠色建筑評價指標體系的耦合作用規律；

    不同地域綠色居住建筑模式、公共建筑和工業建筑綠色設計的原理、方法、技術體系和評價標準。

    （17）面向資源節約的綠色冶金過程工程科學

    主要研究方向：

    外場強化下的資源轉化機理和節能理論；

    非常規介質特別是高溫熔體中強化反應傳遞過程的機理和調控機制；

    物質相互作用的特殊現象和反應機理、熱力學與動力學調控機制；

    多因素多組元固/液/氣界面結構及界面反應；

    反應器內及各種物理場下的化學反應、物質、能量傳輸的耦合機制；

    資源利用過程中的高效、低碳排放轉化的共性科學問題。

    （18）重大庫壩和海洋平臺全壽命周期性能演變

    主要研究方向：

    深部巖土破壞力學；

    庫壩和海洋平臺材料性能演變；

    庫壩和海洋平臺多相多場耦合與性能演變及災變風險；

    庫壩和海洋平臺的實時監控與防災減災。