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基金委：?工程與材料科學(xué)部?jī)?yōu)先發(fā)展領(lǐng)域及主要研究方向（含跨科學(xué)部）

2020-12-08 13:07:20 作者：自科在線來源：自科在線分享至：

“十三五”期間，通過支持我國優(yōu)勢(shì)學(xué)科和交叉學(xué)科的重要前沿方向，以及從國家重大需求中凝練可望取得重大原始創(chuàng)新的研究方向，進(jìn)一步提升我國主要學(xué)科的國際地位，提高科學(xué)技術(shù)滿足國家重大需求的能力。各科學(xué)部遴選優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域及其主要研究方向的原則是：

（1）在重大前沿領(lǐng)域突出學(xué)科交叉，注重多學(xué)科協(xié)同攻關(guān)，促進(jìn)主要學(xué)科在重要方向取得突破性成果，帶動(dòng)整個(gè)學(xué)科或多個(gè)分支學(xué)科迅速發(fā)展；

（2）鼓勵(lì)探索和綜合運(yùn)用新概念、新理論、新技術(shù)、新方法，為解決制約我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的關(guān)鍵科學(xué)問題做貢獻(xiàn)；

（3）充分利用我國科研優(yōu)勢(shì)與資源特色，進(jìn)一步提升學(xué)科的國際影響力。各科學(xué)部?jī)?yōu)先發(fā)展領(lǐng)域?qū)⒊蔀槲磥砦迥曛攸c(diǎn)項(xiàng)目和重點(diǎn)項(xiàng)目群立項(xiàng)的主要來源。

工程與材料科學(xué)部?jī)?yōu)先發(fā)展領(lǐng)域

（1）亞穩(wěn)金屬材料的微結(jié)構(gòu)和變形機(jī)理

主要研究方向：發(fā)展新型具有特殊性能的非晶態(tài)合金體系；復(fù)雜合金相的結(jié)構(gòu)和性能研究；結(jié)構(gòu)特征與表征方法；結(jié)構(gòu)與熱穩(wěn)定性；變形機(jī)理及強(qiáng)化機(jī)制；脆性斷裂機(jī)理及韌化；深過冷條件下的凝固行為及晶體形核和生長(zhǎng)過程研究。

（2）高性能輕質(zhì)金屬材料的制備加工和性能調(diào)控

主要研究方向：輕質(zhì)金屬材料（鋁、鎂、鈦合金和泡沫金屬等）合金設(shè)計(jì)、強(qiáng)韌化機(jī)理及組織性能調(diào)控研究；先進(jìn)鑄造、塑性加工以及連接過程中的工藝、組織和性能調(diào)控的基礎(chǔ)理論研究；使役性能與防護(hù)基礎(chǔ)理論研究；燒結(jié)金屬孔結(jié)構(gòu)控制基礎(chǔ)研究。

（3）低維碳材料

主要研究方向：低維碳材料的結(jié)構(gòu)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(yùn)動(dòng)規(guī)律和機(jī)制；低維碳材料的可控制備原理與規(guī)模化制備方法；低維碳材料的新物性、新效應(yīng)、新原理器件和新應(yīng)用探索。

（4）新型無機(jī)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(dǎo)機(jī)理研究與應(yīng)用；多鐵性材料的合成和磁電耦合機(jī)理與應(yīng)用；超材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理及其新效應(yīng)器件；阻變材料的物理機(jī)制和器件憶阻行為的可調(diào)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(jié)構(gòu)演變的物理與化學(xué)問題；高分子材料非線性流變學(xué)，以及高分子加工不穩(wěn)定現(xiàn)象的機(jī)理；高分子材料加工的多尺度模擬與預(yù)測(cè)；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(chuàng)新的加工技術(shù)。

（6）生物活性物質(zhì)控釋/遞送系統(tǒng)載體材料

主要研究方向：生物啟發(fā)型和病灶微環(huán)境響應(yīng)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(tǒng)；具高靈敏度、組織和細(xì)胞高靶向性及信號(hào)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(tǒng)。

（7）化石能源高效開發(fā)與災(zāi)害防控理論

主要研究方向：實(shí)鉆地層物化特性和巖石力學(xué)；油氣藏開發(fā)，復(fù)雜工況管柱與管線，復(fù)雜油氣工程相互作用及流動(dòng)；開采條件下巖體本構(gòu)關(guān)系，多相、多場(chǎng)耦合的多尺度變形破壞機(jī)理；極端條件下開采機(jī)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(xué)

主要研究方向：冶金關(guān)鍵物化數(shù)據(jù)；選冶過程物相結(jié)構(gòu)演變；反應(yīng)器新原理與新流程，低碳煉鐵；高效轉(zhuǎn)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(chǎng)作用下的金屬凝固；界面科學(xué)；冶金過程高效利用。

（9）機(jī)械表面界面行為與調(diào)控

主要研究方向：界面接觸與粘著機(jī)理；表/界面能形成機(jī)理及應(yīng)用；受限條件下界面行為調(diào)控；運(yùn)動(dòng)體與介質(zhì)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(fù)。

（10）增材制造技術(shù)基礎(chǔ)

主要研究方向：高效、高精度增材制造方法；先進(jìn)材料增材制造技術(shù)及性能調(diào)控；材料、結(jié)構(gòu)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(zhì)與先進(jìn)熱力系統(tǒng)

主要研究方向：非常規(guī)條件及微納尺度傳熱的基礎(chǔ)研究；基于先進(jìn)熱力循環(huán)的新型高效能量轉(zhuǎn)換與利用系統(tǒng)；生物傳熱傳質(zhì)基礎(chǔ)理論及仿生熱學(xué)；熱學(xué)探索－熱質(zhì)理論的微觀基礎(chǔ)及其與宏觀規(guī)律的統(tǒng)一。

（12）燃燒反應(yīng)途徑調(diào)控

主要研究方向：基于燃料設(shè)計(jì)和混合氣活性控制的燃燒反應(yīng)途徑調(diào)控研究；非平衡等離子體燃燒反應(yīng)途徑調(diào)控研究；以催化輔助、無焰燃燒、富氧燃燒和化學(xué)鏈燃燒等新型燃燒技術(shù)為主燃燒反應(yīng)途徑調(diào)控研究；基于尺度效應(yīng)的燃燒反應(yīng)途徑調(diào)控；基于物理過程控制的燃燒反應(yīng)途徑調(diào)控。

（13）新一代能源電力系統(tǒng)基礎(chǔ)研究

主要研究方向：新一代能源電力系統(tǒng)的體系架構(gòu)及系統(tǒng)安全穩(wěn)定問題作用機(jī)理（包括智能電廠和智能電網(wǎng)等方面）；電工新材料應(yīng)用及新裝備的研制、運(yùn)行和服役中的相關(guān)科學(xué)問題；多種能源系統(tǒng)的互聯(lián)耦合方式（文本從“口袋科研”Copy而來）；供需互動(dòng)用電、能源電力與信息系統(tǒng)的交互機(jī)制；系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)制與能源電力市場(chǎng)理論；網(wǎng)絡(luò)綜合規(guī)劃理論與方法。

（14）高效能高品質(zhì)電機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)科學(xué)問題

主要研究方向：電－磁－力－熱－流體多物理場(chǎng)交叉耦合與演化作用機(jī)理；“結(jié)構(gòu)－制造－性能－材料服役行為”的耦合規(guī)律和綜合分析方法；多約束條件下電機(jī)系統(tǒng)及其驅(qū)動(dòng)控制；電機(jī)系統(tǒng)的新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)理論與方法、制造工藝、控制策略。

（15）多種災(zāi)害作用下的結(jié)構(gòu)全壽命整體可靠性設(shè)計(jì)理論

主要研究方向：多種災(zāi)害（地震、風(fēng)災(zāi)、火災(zāi)、爆炸等）作用下的土木工程結(jié)構(gòu)全壽命可靠性設(shè)計(jì)理論與方法；多種災(zāi)害作用危險(xiǎn)性分析原理，工程結(jié)構(gòu)時(shí)、空多尺度破壞規(guī)律，高性能結(jié)構(gòu)體系與可恢復(fù)功能結(jié)構(gòu)體系，防御多種災(zāi)害的結(jié)構(gòu)整體可靠度設(shè)計(jì)理論與方法。

（16）綠色建筑設(shè)計(jì)理論與方法

主要研究方向：建筑形體、空間、平面和構(gòu)造與綠色建筑評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的耦合作用規(guī)律；不同地域綠色居住建筑模式、公共建筑和工業(yè)建筑綠色設(shè)計(jì)的原理、方法、技術(shù)體系和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

（17）面向資源節(jié)約的綠色冶金過程工程科學(xué)

主要研究方向：外場(chǎng)強(qiáng)化下的資源轉(zhuǎn)化機(jī)理和節(jié)能理論；非常規(guī)介質(zhì)特別是高溫熔體中強(qiáng)化反應(yīng)傳遞過程的機(jī)理和調(diào)控機(jī)制；物質(zhì)相互作用的特殊現(xiàn)象和反應(yīng)機(jī)理、熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)調(diào)控機(jī)制（文本從“口袋科研”Copy而來）；多因素多組元固/液/氣界面結(jié)構(gòu)及界面反應(yīng)；反應(yīng)器內(nèi)及各種物理場(chǎng)下的化學(xué)反應(yīng)、物質(zhì)、能量傳輸?shù)鸟詈蠙C(jī)制；資源利用過程中的高效、低碳排放轉(zhuǎn)化的共性科學(xué)問題。

（18）重大庫壩和海洋平臺(tái)全壽命周期性能演變

主要研究方向：深部巖土破壞力學(xué)；庫壩和海洋平臺(tái)材料性能演變；庫壩和海洋平臺(tái)多相多場(chǎng)耦合與性能演變及災(zāi)變風(fēng)險(xiǎn)；庫壩和海洋平臺(tái)的實(shí)時(shí)監(jiān)控與防災(zāi)減災(zāi)。

跨科學(xué)部?jī)?yōu)先發(fā)展領(lǐng)域

跨科學(xué)部?jī)?yōu)先發(fā)展領(lǐng)域以促進(jìn)基礎(chǔ)科學(xué)取得重大突破性進(jìn)展和服務(wù)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略為出發(fā)點(diǎn)，根據(jù)我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的迫切需求，凝練具有重大科學(xué)意義和戰(zhàn)略帶動(dòng)作用的學(xué)科交叉問題，為制定重大項(xiàng)目和重大研究計(jì)劃指南以及重點(diǎn)領(lǐng)域戰(zhàn)略部署提供指導(dǎo)。

跨科學(xué)部?jī)?yōu)先發(fā)展領(lǐng)域包括：著力推動(dòng)我國基礎(chǔ)研究在拓展新前沿、創(chuàng)造新知識(shí)、形成新理論、發(fā)展新方法上取得重大突破的領(lǐng)域；著力解決我國傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)和新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展中深層次關(guān)鍵科學(xué)問題的領(lǐng)域；著力提升我國應(yīng)對(duì)全球重大挑戰(zhàn)能力的領(lǐng)域；著力維護(hù)國家安全和我國在國際競(jìng)爭(zhēng)中核心利益的領(lǐng)域。

1.介觀軟凝聚態(tài)系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)物理和動(dòng)力學(xué)

介觀軟凝聚態(tài)系統(tǒng)是涉及生物、醫(yī)學(xué)、數(shù)學(xué)、物理及工程科學(xué)廣泛且深入的新交叉領(lǐng)域，它將人們對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的了解從原先的原子和分子尺度延伸到介觀尺度。研究軟凝聚系統(tǒng)多級(jí)結(jié)構(gòu)與復(fù)雜物理現(xiàn)象聯(lián)系和特性，理解和控制決定介觀尺度功能復(fù)雜性的原理與技術(shù)，為人類理解生命現(xiàn)象與過程，發(fā)展精確的診斷與醫(yī)療手段提供關(guān)鍵基礎(chǔ)與新技術(shù)支撐。

核心科學(xué)問題：軟凝聚態(tài)系統(tǒng)維度降低與尺度減小導(dǎo)致的新物性與新效應(yīng)，生物小系統(tǒng)和大腦生命過程等調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，活性物質(zhì)相關(guān)的非平衡統(tǒng)計(jì)物理效應(yīng)；統(tǒng)計(jì)物理理論與方法，量子漲落、量子相變和量子熱機(jī)等以及顆粒物質(zhì)、液晶、膠體和水等系統(tǒng)的平衡性質(zhì)與結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)；生命信息分子（DNA、RNA）、蛋白質(zhì)和細(xì)胞的力學(xué)特性、信息編碼，及其相互作用的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)動(dòng)力學(xué)；生理系統(tǒng)及相關(guān)疾病診治的生物力學(xué)與力生物學(xué)機(jī)理和多生理系統(tǒng)耦合、跨分子－細(xì)胞－組織等層次生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)和建模仿真。

2.工業(yè)、醫(yī)學(xué)成像與圖像處理的基礎(chǔ)理論與新方法、新技術(shù)

成像與圖像處理是工業(yè)、公共安全、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域探查不可及物件、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、缺陷及損傷、病變等的基本手段。為支持典型工業(yè)及公共安全檢測(cè)和重大疾病診斷與治療的需求，聚焦研究工業(yè)、醫(yī)學(xué)成像與圖像處理的新原理、新方法、新手段和關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)信息獲取、處理、重建、傳輸?shù)龋瑢榇龠M(jìn)工業(yè)技術(shù)發(fā)展、探索生命機(jī)理、疾病診斷與治療和健康器械創(chuàng)新發(fā)揮重要作用。

核心科學(xué)問題：MRI、CT及PET成像的新方法，多模態(tài)光學(xué)成像，工業(yè)及公共安全、醫(yī)學(xué)圖像判讀的基礎(chǔ)算法；支持精準(zhǔn)診斷和治療的成像、圖像處理與重建、建模與優(yōu)化的新技術(shù)新方法，包括圖像分析與處理的大數(shù)據(jù)技術(shù)等；可延展柔性電子器件的性能、器件與人體/組織的自然粘附力學(xué)機(jī)制、生物兼容性與力學(xué)交互；生物介質(zhì)及非牛頓流體中本構(gòu)關(guān)系與物理、生物信息傳播特征研究，獲取生命活性物質(zhì)更詳細(xì)信息的新概念、新方法、新技術(shù)。

3.生物大分子動(dòng)態(tài)修飾與化學(xué)干預(yù)

人體是由200多種共幾萬億個(gè)細(xì)胞組成的復(fù)雜系統(tǒng)，越來越多的證據(jù)表明基因組不能完全決定細(xì)胞的狀態(tài)和命運(yùn)；此外，基因組本身、蛋白質(zhì)組、甚至RNA和多糖也處于不斷變化和化學(xué)修飾的動(dòng)態(tài)過程中，組成生命體的生物大分子（蛋白質(zhì)、核酸和多糖等）的動(dòng)態(tài)化學(xué)修飾對(duì)生物個(gè)體發(fā)育、細(xì)胞命運(yùn)調(diào)控和疾病的形成均起著決定性作用。研究生物體內(nèi)生物大分子化學(xué)修飾的動(dòng)態(tài)過程和機(jī)制，并對(duì)其進(jìn)行化學(xué)干預(yù)和調(diào)控，對(duì)探索新的生命過程和發(fā)現(xiàn)新的疾病診療手段，均具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。

核心科學(xué)問題：動(dòng)態(tài)化學(xué)修飾（如蛋白質(zhì)翻譯后修飾和核酸表觀遺傳修飾等）調(diào)控生物大分子結(jié)構(gòu)、功能及相互作用的分子機(jī)制；生物大分子動(dòng)態(tài)化學(xué)修飾的生物學(xué)意義；生物大分子動(dòng)態(tài)化學(xué)修飾的探針技術(shù)與檢測(cè)手段；靶向生物大分子動(dòng)態(tài)化學(xué)修飾的小分子干預(yù)策略；外源（化學(xué)合成）生物大分子的修飾和生物功能化。

4.手性物質(zhì)精準(zhǔn)創(chuàng)造

手性是自然界的基本屬性，存在于從基本粒子到宇宙的各個(gè)物質(zhì)層次。手性起源的探索、手性物質(zhì)的精準(zhǔn)創(chuàng)造和功能的發(fā)現(xiàn)已經(jīng)成為化學(xué)、物理、生物、材料和信息等領(lǐng)域的前沿科學(xué)問題；手性物質(zhì)與光的特殊相互作用研究也將為手性物質(zhì)的功能化提供新視野；揭示手性誘導(dǎo)和傳遞、控制和放大的本質(zhì)規(guī)律，對(duì)于發(fā)展手性科學(xué)與技術(shù)的新理論、實(shí)現(xiàn)手性物質(zhì)的精準(zhǔn)創(chuàng)造并賦予其新功能具有重大科學(xué)意義，將推動(dòng)解決國家在醫(yī)藥、材料等領(lǐng)域?qū)κ中晕镔|(zhì)方面的重大需求。

核心科學(xué)問題：手性物質(zhì)精準(zhǔn)創(chuàng)造的高效性和高選擇性；宏觀手性材料制備的有序化和可控性；手性功能材料性能調(diào)控的分子基礎(chǔ)；手性分子的生物學(xué)效應(yīng)。

5.細(xì)胞功能實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)整合研究

細(xì)胞是由復(fù)雜的生物大分子（復(fù)合體）和亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)（細(xì)胞器）組成的生命基本單元。以往的研究主要針對(duì)單一組分或單一細(xì)胞器，而隨著組學(xué)大規(guī)模數(shù)據(jù)的積累、信息理論的應(yīng)用，以及化學(xué)和工程科學(xué)等多學(xué)科交叉和融合，系統(tǒng)、整合、跨尺度研究細(xì)胞內(nèi)不同組分和結(jié)構(gòu)的功能與互作機(jī)制成為可能。細(xì)胞功能的系統(tǒng)整合研究是在對(duì)細(xì)胞內(nèi)所有組分進(jìn)行鑒定和認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，描繪出細(xì)胞的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，包括生物大分子相互作用網(wǎng)絡(luò)和細(xì)胞內(nèi)亞結(jié)構(gòu)間的互作系統(tǒng)，構(gòu)造出初步的細(xì)胞系統(tǒng)模型，通過不斷地設(shè)定和實(shí)施新干預(yù)實(shí)驗(yàn)，對(duì)模型進(jìn)行修訂和精練，最終獲得一個(gè)理想的模型，使其理論預(yù)測(cè)能夠反映出細(xì)胞的系統(tǒng)功能和真實(shí)性。細(xì)胞功能實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)整合研究對(duì)于推動(dòng)生命基本單元－細(xì)胞的功能機(jī)制的深入認(rèn)識(shí)，更好地詮釋組織、器官和個(gè)體生長(zhǎng)和發(fā)育機(jī)制，有效地開展防病治病和農(nóng)作物生產(chǎn)等，對(duì)于未來的人造細(xì)胞、合成生命以及新型生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展如細(xì)胞工廠、細(xì)胞治療等均具有重要的意義。

核心科學(xué)問題：多個(gè)細(xì)胞器之間的相互作用和網(wǎng)絡(luò)調(diào)控；胞漿中的生物大分子（復(fù)合體）與亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)的相互作用和調(diào)控；細(xì)胞器形態(tài)生成和維持中的力學(xué)機(jī)制；細(xì)胞功能預(yù)測(cè)和詮釋的細(xì)胞模型和模擬；細(xì)胞器和亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)的人工設(shè)計(jì)原理與構(gòu)建。

6.化學(xué)元素生物地球化學(xué)循環(huán)的微生物驅(qū)動(dòng)機(jī)制

在地球各種生命形式中，微生物類型最為多樣，分布最為廣泛，生存與代謝方式最為豐富，在生物地球化學(xué)循環(huán)中發(fā)揮關(guān)鍵的驅(qū)動(dòng)作用。微生物通過光合、呼吸和固氮等代謝活動(dòng)，改變地球元素價(jià)態(tài)，促進(jìn)礦物巖石風(fēng)化、土壤及礦藏形成，介導(dǎo)海洋元素成分和海底沉積物的轉(zhuǎn)化，影響海洋和大氣組成，推動(dòng)地球與生命的共演化。由于技術(shù)方法的局限，占總數(shù)99%以上的微生物至今尚不能培養(yǎng)，對(duì)微生物尤其是未培養(yǎng)微生物在地球化學(xué)元素循環(huán)中的基礎(chǔ)性作用仍知之甚少。研究地球典型環(huán)境中如大洋、熱液口等微生物群落及結(jié)構(gòu)、生態(tài)學(xué)特征、功能類群豐度及時(shí)空變化規(guī)律，闡述微生物受溫度、洋流等因素影響條件下各種過程如碳捕獲與釋放/反硝化等的調(diào)控機(jī)制，揭示微生物遺傳和代謝多樣性、關(guān)鍵元素的生物地球化學(xué)循環(huán)過程、耦合機(jī)理與驅(qū)動(dòng)方式，有助于闡明微生物在地球重要元素（碳、氮、硫、磷等）的生物地球化學(xué)循環(huán)中的驅(qū)動(dòng)機(jī)制。

核心科學(xué)問題：典型環(huán)境微生物群落結(jié)構(gòu)與元素循環(huán)的關(guān)系；微生物物質(zhì)代謝途徑對(duì)元素循環(huán)的作用；微生物能量轉(zhuǎn)化機(jī)制及其與元素循環(huán)的偶聯(lián)；驅(qū)動(dòng)元素循環(huán)關(guān)鍵微生物（群）的環(huán)境適應(yīng)與響應(yīng)機(jī)制。

7.地學(xué)大數(shù)據(jù)與地球系統(tǒng)知識(shí)發(fā)現(xiàn)

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，極大地提高了人類對(duì)地球的觀測(cè)和探測(cè)能力，觀測(cè)數(shù)據(jù)量成冪律增長(zhǎng)。探索地球所涉及的海量靜態(tài)數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，是一種時(shí)空大數(shù)據(jù)，具有典型的多源、多維、多類、多量、多尺度、多時(shí)態(tài)和多主題特征，其中還包含著大量的非關(guān)系型、非結(jié)構(gòu)化和半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。對(duì)地球科學(xué)領(lǐng)域的不同來源、不同獲取方式、不同結(jié)構(gòu)及不同格式的離散數(shù)據(jù)，開展結(jié)構(gòu)化重建、關(guān)聯(lián)分析、地學(xué)建模，將加速地學(xué)知識(shí)的融匯，深化對(duì)地球系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)和理解，可望引發(fā)地球科學(xué)研究方式的變革。

核心科學(xué)問題：三維空間分析與時(shí)空數(shù)據(jù)挖掘方法體系；地學(xué)大數(shù)據(jù)規(guī)則化重構(gòu)；地學(xué)大數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析與統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)；快速、動(dòng)態(tài)、精細(xì)全信息三維地學(xué)建模方法；三維地學(xué)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型；多維時(shí)空大數(shù)據(jù)組織、管理與動(dòng)態(tài)索引；地學(xué)大數(shù)據(jù)計(jì)算理論、技術(shù)方法與知識(shí)發(fā)現(xiàn)；資源環(huán)境空間格局及其變化探測(cè)。

8.重大災(zāi)害形成機(jī)理及其減災(zāi)對(duì)策

我國是一個(gè)自然災(zāi)害頻繁的發(fā)展中國家，災(zāi)種多、分布廣、頻次高、災(zāi)情綜合復(fù)雜。對(duì)我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展有重大影響的自然災(zāi)害主要包括氣象災(zāi)害、地震災(zāi)害、地質(zhì)災(zāi)害、海洋災(zāi)害、生態(tài)災(zāi)害等。深入研究災(zāi)害事件的致災(zāi)機(jī)理、災(zāi)害發(fā)展規(guī)律及其與人類活動(dòng)的相互作用，有效預(yù)防和控制自然災(zāi)害，最大限度減輕災(zāi)害損失，對(duì)保證我國經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展有著重要的意義。重大災(zāi)害形成機(jī)理及其減災(zāi)對(duì)策所涉及的重大科學(xué)問題，亟需加強(qiáng)多學(xué)科的交叉合作，開展系統(tǒng)綜合的創(chuàng)新性研究，形成多學(xué)科交叉合作的研究團(tuán)隊(duì)。

核心科學(xué)問題：強(qiáng)震的孕育環(huán)境、發(fā)生機(jī)理及預(yù)測(cè)探索；大陸活動(dòng)火山成因機(jī)理與災(zāi)害和環(huán)境效應(yīng)；重大滑坡、泥石流等災(zāi)害事件的成災(zāi)機(jī)理；極端氣象災(zāi)害形成機(jī)理；水旱與海洋災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)形成機(jī)理；重大工程活動(dòng)及致災(zāi)機(jī)理；不同類型自然災(zāi)害的誘發(fā)、成災(zāi)和災(zāi)害鏈；人類活動(dòng)與自然災(zāi)害的相互作用；重大災(zāi)害的監(jiān)控預(yù)警與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

9.新型功能材料與器件

新型功能材料是利用物理和化學(xué)的新現(xiàn)象、新效應(yīng)、新規(guī)律獲得具有光、電、磁、熱、化學(xué)和生化等特定功能的材料，主要涉及信息材料、能源材料、生物醫(yī)用材料、催化材料和環(huán)境材料等。新型功能材料與器件是材料、物理、化學(xué)、生命、醫(yī)學(xué)、能源和環(huán)境等多學(xué)科交叉的前沿研究領(lǐng)域，是材料科學(xué)領(lǐng)域最活躍的研究地帶，具有豐富的學(xué)科內(nèi)涵有待挖掘，相關(guān)研究進(jìn)展將對(duì)發(fā)展材料新技術(shù)，促進(jìn)國家產(chǎn)業(yè)升級(jí)具有基礎(chǔ)性的重要意義。

核心科學(xué)問題：功能材料的新現(xiàn)象和新機(jī)制；功能材料及器件多層次結(jié)構(gòu)的表界面調(diào)控；新型功能材料的宏量制備與缺陷控制；影響能量轉(zhuǎn)換/存儲(chǔ)材料效率的物理機(jī)制、器件模型和失效原理；信息探測(cè)、傳輸、計(jì)算與存儲(chǔ)功能材料及器件的可控制備原理、穩(wěn)定性及新物性、新效應(yīng)的物理起因；柔性電子技術(shù)關(guān)鍵材料的設(shè)計(jì)制造與可靠性；催化材料功能調(diào)控機(jī)理、制備及新型催化材料設(shè)計(jì)理論和方法；高性能生物醫(yī)用診斷、替換和修復(fù)、治療、藥物載體新材料的功能性、相容性和服役壽命；面向不同功能特性的材料計(jì)算基礎(chǔ)。

10.城市水系統(tǒng)生態(tài)安全保障關(guān)鍵基礎(chǔ)科學(xué)問題

隨著城市化的快速發(fā)展和環(huán)境污染的加劇，城市水環(huán)境日趨惡化，城市缺水和雨澇等難題也日益嚴(yán)重，城市水系統(tǒng)的生態(tài)安全保障正面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。目前以常規(guī)污染物控制為核心的城市水環(huán)境保護(hù)理論、方法和技術(shù)體系，已無法滿足城市可持續(xù)生態(tài)安全和人體健康的實(shí)際需求，迫切需要工程、化學(xué)、生物、地學(xué)和管理科學(xué)的多學(xué)科交叉。以城市水生態(tài)系統(tǒng)完整性保護(hù)和恢復(fù)為核心，深入研究污染控制、污水深度凈化與再生利用、生態(tài)儲(chǔ)存及水環(huán)境修復(fù)、生態(tài)毒理與健康、城市水系統(tǒng)規(guī)劃管理等基礎(chǔ)理論問題；突破水質(zhì)變化與生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)及交互作用的過程機(jī)制，解決城市水系統(tǒng)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)控制難題；構(gòu)建城市水儲(chǔ)存、輸送和利用的良性循環(huán)新模式，創(chuàng)建城市水系統(tǒng)生態(tài)安全保障和風(fēng)險(xiǎn)控制的理論和技術(shù)體系。

核心科學(xué)問題：水生態(tài)系統(tǒng)與水質(zhì)水量變化的交互影響與調(diào)控機(jī)制；污染物共暴露過程對(duì)城市水體生物群落及敏感物種的危害機(jī)理；基于生態(tài)完整性的城市水環(huán)境健康安全與生態(tài)修復(fù)理論和方法；城市水系統(tǒng)多元循環(huán)的物質(zhì)流、能量流變化規(guī)律與動(dòng)力學(xué)模式；城市再生水生態(tài)儲(chǔ)存與多尺度循環(huán)的風(fēng)險(xiǎn)控制原理與途徑；城市水系統(tǒng)可持續(xù)健康的綜合保障策略。

11.電磁波與復(fù)雜目標(biāo)/環(huán)境的相互作用機(jī)理與應(yīng)用

隨著計(jì)算電磁學(xué)理論與方法研究的迅猛發(fā)展，通過數(shù)值模擬精確地量化研究電磁波與目標(biāo)/環(huán)境相互作用的物理原理與相關(guān)規(guī)律已成為可能。相應(yīng)的數(shù)值模擬和理論預(yù)估可為復(fù)雜環(huán)境中的目標(biāo)探測(cè)與識(shí)別，地下資源的勘探開發(fā)，地、海、空、天環(huán)境中的信息獲取，電磁隱身設(shè)計(jì)和電磁對(duì)抗研究等技術(shù)研發(fā)提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，激勵(lì)嶄新的研究思路并通過精確高效的數(shù)值模擬與理論預(yù)估工具的研發(fā)與應(yīng)用，促使相關(guān)技術(shù)研發(fā)在質(zhì)量與水平上產(chǎn)生新的飛躍。

核心科學(xué)問題：超電大、多尺度復(fù)雜結(jié)構(gòu)目標(biāo)電磁散射特性建模；地空和海空半空間背景中復(fù)雜結(jié)構(gòu)目標(biāo)的復(fù)合電磁散射特性建模；具有普適性的精確、高效的理論建模和數(shù)值計(jì)算方法研究；隨機(jī)時(shí)變環(huán)境（如粗糙地、海面）的電磁散射及與確定性目標(biāo)電磁散射模型的融合方法；分層介質(zhì)低頻近場(chǎng)探測(cè)中的空間選擇性和自適應(yīng)聚焦方法；大規(guī)模可信電磁計(jì)算中的數(shù)理模型驗(yàn)證、校核與評(píng)價(jià)；非均勻介質(zhì)中電磁探測(cè)的反演解釋模型、全局約束條件和解的收斂性、解的置信度分析。

12.超快光學(xué)與超強(qiáng)激光技術(shù)

超強(qiáng)超短激光能創(chuàng)造出前所未有的強(qiáng)場(chǎng)超快綜合性極端物理?xiàng)l件。基于超強(qiáng)超短激光及其產(chǎn)生的超快X射線、g射線、電子束、離子束和中子束，可以開展阿秒科學(xué)、原子分子物理、超快化學(xué)、高能量密度物理，極端條件材料科學(xué)，實(shí)驗(yàn)室天體物理，相對(duì)論光學(xué)，強(qiáng)場(chǎng)量子電動(dòng)力學(xué)等前沿科學(xué)研究，也可推進(jìn)激光聚變能源、臺(tái)式化高能粒子加速、放射醫(yī)學(xué)、精密測(cè)量術(shù)等戰(zhàn)略高技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)新發(fā)展。

核心科學(xué)問題：面向激光聚變、激光加速、阿秒（10-18s）科學(xué)等重大需求，突破提升超強(qiáng)超短激光的峰值功率、可聚焦能力、重復(fù)頻率和電光轉(zhuǎn)換效率的瓶頸問題，力爭(zhēng)達(dá)到1016W的激光峰值功率和1023W/cm2激光聚焦強(qiáng)度；發(fā)展中紅外等新波段超強(qiáng)超短激光和超高通量激光放大技術(shù)；開拓阿秒非線性光學(xué)等超快非線性光學(xué)新前沿，包括高光子能量和極短脈寬阿秒脈沖的產(chǎn)生與診斷，超快光譜與超快成像等。發(fā)展可支撐超高峰值功率與超寬帶寬以及新波段超強(qiáng)超短激光、具有超高破壞閾值的新型激光與光功能材料與元器件。

13.互聯(lián)網(wǎng)與新興信息技術(shù)環(huán)境下重大裝備制造管理創(chuàng)新

重大裝備制造作為制造業(yè)的高端領(lǐng)域，集中了高新技術(shù)與先進(jìn)管理模式的密集點(diǎn)，是工業(yè)化國家的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)之一。在我國深化經(jīng)濟(jì)體制改革、促進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的大環(huán)境下，充分利用互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)帶來的機(jī)遇，緊密結(jié)合我國復(fù)雜裝備制造工程管理的實(shí)踐，開展新型信息技術(shù)環(huán)境下的復(fù)雜裝備制造工程管理創(chuàng)新性研究，對(duì)實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，保障國家經(jīng)濟(jì)安全和國防安全具有重要的理論意義和實(shí)踐價(jià)值。

核心科學(xué)問題：復(fù)雜裝備制造工程管理方法論，復(fù)雜裝備制造工程管理模式創(chuàng)新，重大裝備開發(fā)、生產(chǎn)與再制造過程管理，重大裝備制造供應(yīng)鏈管理的制造質(zhì)量與可靠性管理。

14.城鎮(zhèn)化進(jìn)程中的城市管理與決策方法研究

城鎮(zhèn)化過程包含了經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中的各項(xiàng)因素，涉及多部門、多行業(yè)的大數(shù)據(jù)資源共享和協(xié)同決策。在城市/交通/土地/產(chǎn)業(yè)/環(huán)境等各項(xiàng)規(guī)劃編制過程中，存在跨部門、跨區(qū)域、跨學(xué)科統(tǒng)籌決策的問題，迫切需要頂層戰(zhàn)略設(shè)計(jì)與方法體系研究。同時(shí)，在大數(shù)據(jù)的時(shí)代背景下，新型城鎮(zhèn)化過程中城市管理決策理論與實(shí)踐范式、資源配資與創(chuàng)新發(fā)展等方面衍生出新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。開展新型城鎮(zhèn)化過程中的驅(qū)動(dòng)機(jī)制、演化機(jī)理、規(guī)劃方法與管理對(duì)策研究，對(duì)于推動(dòng)經(jīng)濟(jì)、土地、交通、產(chǎn)業(yè)、人口以及環(huán)境等要素協(xié)同發(fā)展具有重要科學(xué)價(jià)值。

核心科學(xué)問題：區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)演化模式，城鎮(zhèn)化驅(qū)動(dòng)機(jī)制，新型城鎮(zhèn)化導(dǎo)向下的城市協(xié)同理論與方法，人口合理集聚與有機(jī)疏散的決策理論研究，城鎮(zhèn)化過程中綜合交通網(wǎng)絡(luò)資源配置。

15.從衰老機(jī)制到老年醫(yī)學(xué)的轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究

人口快速老齡化與老年慢病高發(fā)，是全球日益嚴(yán)峻的社會(huì)問題。老年醫(yī)學(xué)涵蓋衰老基礎(chǔ)研究、衰老表型特征及其延緩和干預(yù)以及老年慢病防控的臨床轉(zhuǎn)化，是國際前沿?zé)狳c(diǎn)學(xué)科。近年來，國內(nèi)外科學(xué)家相繼在衰老機(jī)制、臨床表型以及衰老相關(guān)疾病研究等方面獲得突破性進(jìn)展。隨著生物學(xué)、基因組學(xué)、信息科學(xué)等領(lǐng)域技術(shù)和研究手段的快速發(fā)展，以及與醫(yī)學(xué)的不斷深入融合，多學(xué)科交叉的、基于衰老機(jī)制的老年醫(yī)學(xué)研究將成為認(rèn)識(shí)和防治老年重大慢病的有效途徑。充分發(fā)揮我國在衰老基礎(chǔ)研究領(lǐng)域的國際并行優(yōu)勢(shì)，利用我國豐富的人口和臨床資源、特色的天然藥物、非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物等疾病模型，開展老年轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究，爭(zhēng)取在該領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)重大突破，達(dá)到國際領(lǐng)先。

核心科學(xué)問題：開展衰老系統(tǒng)生物學(xué)機(jī)制、組織器官衰老、變性與病損機(jī)制、衰老相關(guān)臨床表型特征研究；建立衰老及相關(guān)老年慢性疾病靈長(zhǎng)類動(dòng)物模型、特色人群隊(duì)列和數(shù)據(jù)庫、并利用其開展機(jī)制研究；基于穿戴設(shè)備和移動(dòng)醫(yī)療技術(shù)的人類衰老與健康大數(shù)據(jù)收集、分析與應(yīng)用；衰老與相關(guān)疾病的早期診斷與靶向治療；規(guī)范化衰老評(píng)價(jià)體系的建立；基于衰老機(jī)制關(guān)鍵環(huán)節(jié)的小分子藥物研究和對(duì)相關(guān)疾病的干預(yù)效果評(píng)價(jià)。

16.基于疾病數(shù)據(jù)獲取與整合利用新模式的精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)研究

隨著高通量、高特異性、高靈敏度的基因測(cè)序技術(shù)，各類單細(xì)胞單分子分析技術(shù)、各類組學(xué)技術(shù)、各類化學(xué)探針示蹤技術(shù)、多用途廣譜高速生物芯片技術(shù)等的突破與推廣應(yīng)用，醫(yī)學(xué)研究已進(jìn)入大數(shù)據(jù)和精準(zhǔn)化并行融合時(shí)代，將逐步實(shí)現(xiàn)定量醫(yī)學(xué)、系統(tǒng)醫(yī)學(xué)和醫(yī)學(xué)信息化的目標(biāo)，對(duì)數(shù)學(xué)模型、信息分析、化學(xué)材料、電子器件設(shè)計(jì)等理論與技術(shù)的依賴度大幅提高，需要這些學(xué)科的密切交叉和高度融合才能取得實(shí)質(zhì)進(jìn)展。

核心科學(xué)問題：在大數(shù)據(jù)獲取方面，高通量、高特異性、高靈敏度的基因測(cè)序、單細(xì)胞測(cè)序、表觀遺傳譜系與分子網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)、NcRNA測(cè)定，各種蛋白質(zhì)組學(xué)、代謝組學(xué)、器官組織的定位定量平行數(shù)據(jù)挖掘等相關(guān)理論與前沿技術(shù)的再創(chuàng)新，以及可應(yīng)用于醫(yī)學(xué)檢測(cè)的生物芯片、串聯(lián)質(zhì)譜、化學(xué)探針等海量數(shù)據(jù)獲取方法的提升，各類疾病的規(guī)模化前瞻性臨床隊(duì)列與大規(guī)模亞健康人群的分子群譜大數(shù)據(jù)的規(guī)范化獲取，個(gè)體化醫(yī)療信息獲取、分類與存儲(chǔ)，醫(yī)療信息系統(tǒng)大數(shù)據(jù)整合與數(shù)據(jù)庫構(gòu)建；在大數(shù)據(jù)分析方面，系統(tǒng)整合的數(shù)學(xué)模型的建立，單或多通路分子動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)的模式化分析，疾病共性機(jī)理或單一疾病的模塊式模擬，基于網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的多靶點(diǎn)藥物設(shè)計(jì)，個(gè)體化疾病診治的數(shù)據(jù)集成與預(yù)案推導(dǎo)，重大疾病發(fā)生與流行的數(shù)字化預(yù)警模型與防控時(shí)空節(jié)點(diǎn)的推演，醫(yī)療信息系統(tǒng)構(gòu)建、數(shù)據(jù)傳輸與精準(zhǔn)分析等。

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