2021年工程與材料科學部共發布12個重大項目指南，擬資助9個重大項目，項目申請的直接費用預算不得超過1500萬元/項。 8月5日，國家自然科學基金委員會發布《關于發布“十四五”第一批重大項目指南及申請注意事項的通告》（以下簡稱《通告》），發布了“十四五”第一批9個科學部78個重大項目指南。其中，2021年工程與材料科學部共發布12個重大項目指南，擬資助9個重大項目，項目申請的直接費用預算不得超過1500萬元/項。  據介紹，國家自然科學基金委員會按照新時期科學基金深化改革總體部署，根據“十四五”發展規劃明確的優先發展領域，經廣泛征求科學家和相關部門意見建議，利用各級專家咨詢委員會、雙清論壇等開展深入研討和科學問題凝練，形成了“十四五”第一批9個科學部78個重大項目指南。 重大項目面向科學前沿和國家經濟、社會、科技發展及國家安全的重大需求中的重大科學問題，超前部署，開展多學科交叉研究和綜合性研究，充分發揮支撐與引領作用，提升我國基礎研究源頭創新能力。 重大項目或重大項目課題申請人應當具有承擔基礎研究課題的經歷及高級專業技術職務（職稱）。同時，《通告》指出，在站博士后研究人員、正在攻讀研究生學位及無工作單位或者所在單位不是依托單位的科學技術人員不得作為申請人進行申請；部分重大項目對申請條件有特殊要求的，以相關重大項目指南為準；重大項目的資助期限為5年，申請書中的研究期限應填寫2022年1月1日—2026年12月31日。 以下為工程與材料科學部重大項目指南12個重大項目： 1、“基于能量耗散的金屬基復合材料強-韌性關聯重構”重大項目指南 兼具高強度和高韌性的先進金屬基復合材料是空天等領域所急需的輕質結構材料，對于提升裝備可靠性、減輕重量有著不可替代的關鍵作用。材料的強度和韌性之間存在倒置關系，嚴重制約了金屬基復合材料的發展。以材料微結構為首要要素的構型化復合理念是目前突破強-韌性倒置關系的最有希望的思路，而金屬基復合材料以其可設計性成為最有可能實現這一革命性材料設計思路并獲得重大應用的新型材料。因此，探索強-韌性的同步提升機制，開發新型高強韌金屬基復合材料，具有重要意義。 一、科學目標 針對構型化復合面臨的強韌化機理不清、設計調控難等瓶頸問題，研究能量耗散及變形非局域化的新原理和新技術，闡明復合構型的能量耗散機理，提出力學性能和使役行為的能量學判據，建立復合構型跨尺度設計準則，突破強-韌性倒置關系并實現關聯重構，為制備高強韌金屬基復合材料奠定理論基礎。 二、研究內容 （一）金屬基復合材料強-韌性關聯的能耗機理。 研究復合結構基元和界面的能量耗散行為，探究能耗方式對變形、斷裂等力學行為的影響規律，揭示復合構型能量耗散的新機理，構建“復合構型-能量耗散-力學性能”的構效關系。 （二）構型化金屬基復合材料跨尺度設計原理。 構建能量守恒與構型化復合相結合的跨尺度力學擬實模型，研究復合構型對能量-應力-應變的分配規律和影響機制，提出相對應的能量學判據，指導高強韌金屬基復合材料的反向設計。 （三）金屬基復合材料構型化復合制備技術。 發展跨尺度、精準調控復合構型的制備新技術，研究多相多尺度復合結構基元之間的限域作用規律，揭示復合構型和界面的形成與演化機制，實現高強韌金屬基復合材料的可控制備。 三、申請要求 申請書的附注說明選擇“基于能量耗散的金屬基復合材料強-韌性關聯重構”，申請代碼1選擇E0105。 2、“高頻高效電機用新型非晶軟磁材料”重大項目指南 大功率、高轉速、小型化、低能耗的高頻高效電機是未來電機領域發展的必然趨勢。傳統電機受硅鋼材料的矯頑力大和電導率高等固有屬性的限制，在高頻下損耗嚴重，效率不高。軟磁非晶合金是一種具有遠低于硅鋼的矯頑力和電導率的新型金屬材料，是制備高頻高效電機鐵芯的理想材料。因此，研發新一代適用于高頻高效電機的軟磁非晶合金新材料，對突破高速精密機床、無人機、高速離心機等領域用高頻高速電機的技術瓶頸、提升關鍵基礎部件核心競爭力具有重要意義。 一、科學目標 以高頻高效電機鐵芯為應用導向，研發出兼具高非晶形成能力、高飽和磁感強度和低磁致伸縮系數的新一代軟磁非晶合金材料，形成軟磁非晶材料高效研發的新技術，獲得非晶鐵芯低成本加工成型新工藝，突破非晶鐵芯制造難題，為高頻高效非晶電機在高端裝備中的廣泛應用提供科學依據和技術支撐。 二、研究內容 （一）軟磁非晶合金的形成機理及其性能調控規律。 研究軟磁非晶合金形成過程中熔體結構的演化規律，揭示軟磁非晶合金的形成機理；探明軟磁非晶合金的微觀結構和宏觀磁性能、力學性能的關聯性及其調控規律。 （二）新型高性能軟磁非晶合金的高效開發技術。 建立軟磁非晶合金的高效制備和集成化性能表征的新方法，獲得兼具高非晶形成能力、高飽和磁感強度（1.8T以上）和低磁致伸縮系數的新一代軟磁非晶合金。 （三）新型軟磁非晶合金的加工性能優化。 探明非晶鐵芯加工過程中結構和力學性能的演化規律，發展非晶合金塑性調控的新方法，探索軟磁非晶鐵芯塑性加工的新工藝，實現非晶鐵芯的低成本和高效率加工。 （四）基于新型軟磁非晶合金的高頻高效電機開發。 發展高速非晶電機的損耗精細計算、分離理論及效率準確測試的方法和關鍵技術，優化非晶鐵芯和高頻高效非晶電機的結構，研制新一代高頻高效非晶電機示范性樣機。 三、申請要求 申請書的附注說明選擇“高頻高效電機用非晶軟磁材料基礎問題研究”，申請代碼1選擇E0106。 3、“第三代半導體中壓電-電/光耦合新效應、材料與器件研究”重大項目指南 第三代半導體是信息、能源等戰略行業的重要材料，世界各國均將其列為國家重點發展戰略。壓電極化是決定第三代半導體器件電/光性能的重要因素。如何調控壓電極化，突破大功率晶體管功率瓶頸，以及提高光電器件光電轉換效率是當前亟需解決的科學技術難題。因此，第三代半導體壓電-電/光多場耦合效應的研究不僅能極大豐富半導體物理學，而且將變革器件設計理念及制造技術，推動其在大功率晶體管和發光二極管等重大應用的變革性突破，對電子探測技術和照明技術具有重要意義。 一、科學目標 針對第三代半導體器件中壓電極化制約大功率晶體管和發光二極管性能的瓶頸問題，研究壓電-電/光多場耦合新效應，建立三維精準局域應力調控的新方法，為實現大功率晶體管和發光二極管性能的變革性突破提供理論和技術支撐。 二、研究內容 （一）壓電-電/光耦合新效應。 研究第三代半導體異質結處載流子的產生、分離、弛豫、復合的超快過程及其與壓電-電/光多場耦合的關聯，從原子層面揭示壓電-電/光多場耦合新效應，構建完整的理論體系。 （二）第三代半導體材料的精準構筑、應力固化與性能調控。 精準構筑低維第三代半導體材料，揭示材料組分、微結構、缺陷行為與壓電-電/光特性的內在關聯；研究第三代半導體中應力固化的新機制，發展原子級三維應力調控和外延應力固化的新方法。 （三）壓電-電耦合增強的大功率晶體管的研制與應用。 研究第三代半導體壓電-電耦合器件新設計方法，發展壓電異質結生長、器件構筑和應力調控等關鍵技術；面向雷達、通訊領域的需求，研制突破當前功率瓶頸的大功率晶體管。 （四）壓電-光耦合調制的發光二極管的研制與應用。 研究第三代半導體大失配外延引入的壓電場對光電器件性能的影響及作用機制，開拓壓電-光耦合大幅提高光電轉換量子效率的新方案，開發高能效的發光二極管，推動照明領域的節能減排。 三、申請要求 申請書的附注說明選擇“第三代半導體中壓電-電/光耦合新效應、材料與器件研究”，申請代碼1選擇E0207。 4、“干熱巖地熱資源開采機理與方法”重大項目指南 深層干熱巖地熱具有儲量豐富、綠色環保、高效穩定、不受季節/晝夜限制等特點，是一種具有較強競爭力的新型清潔可再生能源。如何有效開采干熱巖地熱、提高干熱巖地熱開發利用效率，是當前亟需解決的工程技術難題。因此，針對干熱巖高溫、高強度、高研磨性的特點，探索干熱巖地熱開采機理與方法，推動深層高溫地熱開發進程，對于支撐我國能源結構轉型、低碳/零碳能源發展、實現“雙碳”（碳達峰與碳中和）目標具有重要意義。 一、科學目標 針對干熱巖地熱開采面臨的鉆井完井難、壓裂造縫難、流動取熱難等瓶頸問題，研究高效建井、造儲與采熱的新原理與新技術，揭示高溫儲層動態力學響應機制及縫網連通機理，闡明注采井干擾下地應力場演化規律，建立多場時空演化下強化取熱與調控方法，為形成干熱巖地熱高效開發技術奠定理論基礎。 二、研究內容 （一）高溫儲層巖體物理力學變化規律與表征方法。 研究高溫下干熱巖天然裂縫形態、滲透率等物理、力學特性的演變規律；建立非連續性巖體孔隙/裂隙精細化表征方法和本構表征模型。 （二）高溫巖石動態損傷機理與高效破碎方法。 研究高溫環境鉆頭在軸-扭耦合沖擊下的力學動態響應特征，及其與干熱巖的作用機理；評價高溫巖石的可鉆性，并建立高溫固井和提高井眼清潔度新方法。 （三）高溫巖體復雜縫網造儲理論與技術。 研究高溫巖體地應力場、溫度場重構特征，揭示天然裂縫對人工裂縫擴展干擾的作用機制，闡明多場耦合作用下縫網起裂、演化、滲流的影響規律，形成干熱巖壓裂造儲理論與方法。 （四）復雜縫網內取熱工質滲流與傳熱規律。 研究不同工質在干熱巖儲層縫網內的滲流特征、傳質傳熱規律、水化/溶蝕反應特征，及其對縫網滲流場的影響規律，厘清注入流體參數對采出流體溫度-壓力-相態等的作用機制。 （五）開采過程多場時空演變規律與流動調控方法。 進行地質建模，構建宏觀尺度的數字化“透明”干熱巖體，研究多場耦合下地應力場、縫網形態、滲流場、溫度場等時空演變規律，建立取熱效率和干熱巖開采壽命預測模型。 三、申請要求 申請書的附注說明選擇“干熱巖地熱資源開采機理與方法”，申請代碼1選擇E0401。 5、“瞬態折展變形機構設計理論與關鍵技術基礎”重大項目指南 我國航空航天、軌道交通等領域高端裝備的極端服役環境對機構性能提出了極限化的要求。如何在高速運行、瞬態折展等極限功能需求下實現機構亞秒級瞬態作動、多構態重復變換、光滑連續變形是亟待突破的難題。因此，開展瞬態折展變形機構設計理論與關鍵技術研究，突破制約高端裝備極限性能的瓶頸難題，對提升我國裝備基礎核心競爭力具有重要意義。 一、科學目標 針對瞬態折展變形機構創成、機構-結構協同變形、與服役環境強耦合等理論問題，研究瞬態機構創成新原理與機構-結構多構態協同變形新機制，揭示機構-結構-環境交互作用機理，突破瞬態折展變形機構與服役環境融合設計及驗證的新技術，構建瞬態機構-變形結構-環境融合的機構學理論與技術新體系。 二、研究內容 （一）瞬態可重復折展變形機構創成原理。 研究多構態折展變形機構創成原理及構態間重復變換與鎖定機制，闡明機構瞬態響應效應與損傷失效機理，發展瞬態機構高效驅動與“型-性-度”一體化設計方法。 （二）機構-結構剛柔復合系統連續光滑協同變形機制。 建立變形結構宏-細-微多尺度力學模型，揭示機構多構態運動與結構大變形全域協調機理，發展連續光滑大變形與承載功能一體化的機構-結構復合系統設計新理論與方法。 （三）瞬態機構-結構復合系統與多場環境耦合作用機理。 研究力-熱-噪等多場環境下瞬態機構-結構復合系統動力學建模方法，揭示瞬態機構-變形結構-復雜環境耦合作用機理，闡明瞬態系統驅動模式與瞬變流場的力-熱-噪-變形相互適應機制。 （四）瞬態折展變形機構與服役環境融合設計及驗證方法。 研究瞬態機構-變形結構-復雜環境融合設計新方法，發展極端環境下瞬態折展變形機構服役性能評價方法與模擬試驗測試新技術，對機構服役性能進行預示、反演和驗證。 三、申請要求 申請書的附注說明選擇“瞬態折展變形機構設計理論與關鍵技術基礎”，申請代碼1選擇E0501。 6、“規模化多能協同存儲與能質調控”重大項目指南 可再生能源的高效利用是支撐我國“雙碳”（碳達峰與碳中和）戰略目標的重要基礎。如何實現可再生能源的規模化安全高效儲能是當前能源領域亟待解決的工程技術難題。因此，針對未來能源系統供給側可再生能源高比例和消費側“電-熱/冷-燃料”多樣化的用能特點，探究規模化多能協同存儲與能質調控的機理與方法，對支撐我國能源結構轉型、推動儲能戰略新興產業發展具有重要意義。 一、科學目標 針對規模化多能存儲面臨儲電安全管控、儲熱傳遞強化與調控、電制燃料熱-電協同等瓶頸問題，研究基于熱物理/熱化學儲能、電化學儲能及電-燃料轉化儲能的多能協同存儲新原理與新技術，揭示電/熱/化學多能協同轉換存儲與能質調控機制，構建可再生能源規模化多能協同存儲的理論和技術體系。 二、研究內容 （一）大容量電能存儲與安全管控。 研究大容量電能存儲中儲能電池多參數耦合在線狀態診斷、故障預警及安全管控，發展化學電池本質安全理論和再生修復新技術，探索規模化電能物理轉換與協同存儲新方法。  （二）高功率密度熱物理儲能。 研究高功率密度熱物理儲能的傳熱傳質強化與智能管控，建立儲熱材料-裝置的多相多尺度傳熱傳質耦合模型，發展高導熱儲熱材料及規模化高功率密度儲熱裝置的熱設計新方法。 （三）高能量/功率密度熱化學儲能。 研究高能量/功率密度熱化學儲能及能質調控新原理，揭示熱化學儲熱材料傳熱傳質強化與活性維持機理，提出規模化高密度熱化學儲能能質傳輸與化學反應耦合協同強化新方法。 （四）高效率/能量密度電化學燃料儲能。 研究規模化電化學燃料儲能的“可再生能源-電能-熱能-燃料”有序對口轉化，揭示電化學-熱物理耦合轉換過程中熱/質/電/離子傳遞規律，形成熱-電協同制取化學燃料的新技術。 （五）規模化多能協同存儲與能質調控。 研究規模化多能協同存儲的能量傳遞、存儲及調控，構建 “源-儲-荷”耦合匹配的多能協同存儲與能質調控新理論，形成基于電網/熱網/氣網融合的多能協同存儲和輸配新方案。 三、申請要求 申請書的附注說明選擇“規模化多能協同存儲與能質調控”，申請代碼1選擇E0607。 7、“高壓電纜聚烯烴絕緣性能強化”重大項目指南 高壓電纜（交流、直流）對我國電力能源的發展至關重要，是城市地下能源綜合通道建設和海上風電并網的關鍵要素。如何快速提升我國高壓電纜的全國產化與自主化能力，是當前亟需解決的重大科技問題。因此，加強高壓電纜絕緣基礎理論研究，突破高壓電纜強絕緣、高可靠、長壽命的技術瓶頸，對支撐我國電力裝備和電力工業的高質量發展、順利實現碳中和目標具有重要的意義。 一、科學目標 針對高壓電纜聚烯烴絕緣的強絕緣、高可靠、長壽命的瓶頸技術問題，從解耦電荷、電場與微觀結構/宏觀界面之間的多尺度復雜關聯著手，研究高壓電纜聚烯烴絕緣電荷輸運抑制，高壓電纜聚烯烴絕緣電場調控，高壓電纜聚烯烴絕緣耐電壽命提升，為解決高壓電纜國家重大需求提供理論支撐。 二、研究內容 （一）高壓電纜聚烯烴絕緣電荷輸運抑制理論與方法。 研究聚烯烴絕緣多級結構和雜質（缺陷）對電荷輸運的影響機制及其調控。 （二）高壓電纜聚烯烴絕緣交流電場調控理論和方法。 研究聚烯烴交流絕緣的宏觀/介觀界面設計、交流電場-熱場耦合機制與設計、交流電場調控理論與方法。 （三）高壓電纜聚烯烴絕緣直流電場調控理論和方法。 研究聚烯烴直流絕緣的宏觀/介觀界面設計、直流電場-空間電荷-熱場耦合機制與設計、電場-空間電荷調控理論與方法。 （四）高壓電纜聚烯烴交流絕緣耐電壽命提升。 研究聚烯烴電纜絕緣狀態原位表征識別、多級結構與界面協同減緩聚烯烴絕緣交流電老化機制、聚烯烴交流絕緣剩余壽命理論。 （五）高壓電纜聚烯烴直流絕緣耐電壽命提升。 研究聚烯烴絕緣直流電熱老化機制、空間電荷和熱場調控協同減緩聚烯烴絕緣直流電老化機制、聚烯烴直流絕緣剩余壽命理論。 三、申請要求 申請書的附注說明選擇“高壓電纜聚烯烴絕緣性能強化”，申請代碼1選擇E0702。 8、“重大基礎設施服役安全智能診斷”重大項目指南 我國土木工程重大基礎設施存量巨大，很大一部分已進入或即將進入服役中后期，面臨著日益嚴峻的耐久性損傷和災變風險，服役安全問題突出。如何實現海量重大基礎設施的服役安全高效精準診斷，是保障其安全運行的基礎理論和關鍵技術難題。針對傳統診斷技術“不能診、不精準、不及時”瓶頸，開展重大基礎設施服役安全智能診斷的基礎科學和關鍵技術研究，實現重大基礎設施“全息、全域、全時”智能安全診斷，對于保障國家經濟社會安全運行和支撐“平安中國”建設具有重要意義。 一、科學目標 針對服役性態感知識別不完備、安全風險預警不及時、性能演化和壽命預測不精準等瓶頸問題，研究重大基礎設施結構服役安全智能診斷的基礎理論和關鍵技術，突破結構服役性態多元感知與智能識別、服役性能多維評價和時變演化預測等基礎科學問題，為構建重大基礎設施服役安全智能診斷新方法奠定理論基礎。 二、研究內容 （一）重大基礎設施結構服役安全智能診斷多維表征性態指標及其體系。 利用深度學習等智能方法，解析結構服役性能與性態指標的偶聯機理，確定智能診斷服役性能關鍵表征性態指標，建立材料-構件-連接-結構的服役性能多維表征性態指標及其體系。 （二）重大基礎設施結構服役性態多元感知與智能識別。 研究服役性態多元智能感知新技術，建立數字信號診斷信息的高效提取理論和識別方法；研究缺陷損傷識別的深度神經網絡結構，挖掘關鍵識別特征，提出典型缺陷損傷的智能識別方法。 （三）重大基礎設施結構服役性能智能評價理論與方法。 研究數據-物理耦合驅動的結構服役性能與多維表征性態指標映射機理的解析方法，建立基于關鍵表征指標體系的結構服役性能智能評價理論，提出結構服役安全高效智能量化評價方法。 （四）重大基礎設施結構服役性能演化機理與壽命預測方法。 解析和挖掘結構服役性能與關鍵表征性態指標的全壽期時變演化機理，考慮可靠度水準、荷載與作用、服役環境、材料物理與化學等特征，建立基于深度學習的結構服役壽命預測方法。 三、申請要求 申請書的附注說明選擇“重大基礎設施服役安全智能診斷”，申請代碼1選擇E0806。 9、“梯級水電樞紐群巨災風險評估與防控”重大項目指南 梯級水電樞紐群是電力能源、防洪抗旱、跨流域調水等重要基礎設施，《國家“十四五”規劃和二〇三五年遠景目標》對維護水利水電等重要基礎設施安全提出了更高的要求。流域梯級水電樞紐群系統規模巨大、體系多介質耦聯，面臨超限荷載不確定、災變機制復雜等諸多巨災風險挑戰。亟待研究極端荷載致災因子識別與表征、災害鏈形成與演化機制、巨災風險評估等基礎科學問題，提升水電樞紐群對極端自然災害的防控能力。 一、科學目標 針對梯級水電樞紐群區域地震活躍、地質災害高發、高水頭大流量、地震-地質-洪水災害連鎖效應等特點，探明極端荷載發生與作用的時空特性，建立潰壩及洪水演進數值模擬方法，揭示樞紐群災害鏈形成和演化機制，提出樞紐群巨災風險評估與防控理論，為梯級水電樞紐群安全保障提供科學支撐。 二、研究內容 （一）區域尺度巨災因子識別與表征。 研究強震、巨型滑坡、特大洪水等極端自然災害事件的數值仿真方法，揭示極端荷載時空分布特性，建立區域尺度的巨災因子識別方法，提出潛在災害源表征指標體系。 （二）水電樞紐系統的潛在失效模式與災變機理。 研究極端荷載作用機制，揭示樞紐系統的功能失效機制、潛在破壞模式與災變機理，提出水電樞紐系統的潰壩致災判別方法與評價指標體系。 （三）梯級水電樞紐群災害鏈的形成與演化機制。 研究梯級水電樞紐群超標洪水的演進過程，災害形成機制與鏈式放大效應，建立樞紐群災害鏈數值模擬方法，揭示災害鏈演化機制，建立梯級水電樞紐群災害鏈形成條件判別的指標體系。 （四）巨災風險評估與減災方法。 研究梯級水電樞紐群的巨災損失估算模型，建立巨災風險分析方法與安全管理原則，提出梯級水電樞紐群巨災風險評估與防控方法。 三、申請要求 申請書的附注說明選擇“梯級水電樞紐群巨災風險評估與防控”，申請代碼1選擇E0906。 10、“城市污水資源化與安全利用”重大項目指南 污水是重要資源，構建污水清潔高效的資源化路徑不僅可以實現水的再生回用，而且可實現污染物及溫室氣體的高效減排。如何最大限度地降低污水再生的能耗藥耗、控制由于污染物殘留而導致的再生水生態風險，是當前面臨的兩大科學、技術和工程應用難題。因此，針對我國不同類型的污水水質特征，開展污水再生與安全利用的基礎科學和關鍵技術研究，突破資源化與風險控制的理論與技術瓶頸，對于支撐我國實現“雙碳”（碳達峰與碳中和）目標、建設生態文明具有重要意義。 一、科學目標 針對城市污水資源化過程中由病原微生物、有毒化學品殘留導致的生態健康風險、由水質復雜而導致的高能耗高藥耗等瓶頸問題，研究水質安全與減碳降耗的污水再生新原理和新技術，突破關鍵污染物定向轉化與無害化新方法，構建適應我國污水特征和資源化需求的污水再生與安全利用理論和技術體系。 二、研究內容 （一）污水資源化關鍵毒害因子識別與風險評估。 研究污水資源化利用過程中的潛在系統風險，建立水中關鍵風險物質高通量篩查及快速檢測新技術，發展基于不同污水再生利用途徑和暴露終點的生態健康風險評估新方法。 （二）污水中病原微生物健康風險控制理論和技術。 研究污水再生與利用過程中病原微生物與消殺副產物的作用關系，闡明病原微生物及消毒副產物的協同轉化與調控機制，發展保障污水資源化生物與化學安全的新理論、新技術。 （三）污水中有毒化學污染物的遷移轉化與無害化機制。 研究城市污水資源化過程中關鍵化學物質的遷移、轉化及毒性變化規律，突破污水中微量有毒化學污染物的高效削減新原理，發展高風險污染物的解毒減害理論與技術。 （四）污水碳氮磷協同轉化新技術原理。 研究水質風險防控與高值資源回收過程，闡明污水中物質轉化、能量代謝機制，突破污染物定向回收新技術，建立集資源綠色回收與安全利用為一體的污水資源化原理方法體系。 三、申請要求 申請書的附注說明選擇“城市污水資源化與安全利用”，申請代碼1選擇E1002。 11、“極地環境載荷及其與海洋結構物的耦合特性”重大項目指南 極地是我國四大戰略新疆域之一。要進軍極地，裝備研發設計必須先行，而我國尚不完全具備自主研發設計極地海洋結構物的能力。海洋結構物從開敞水域進入極地水域面臨嚴苛復雜極地環境的挑戰，包括冰的力學行為不清晰、冰與波流運動模式難預測、冰與結構物耦合未厘清等，已成為制約我國極地海洋結構物研發設計的首要科學難題。突破極地海洋結構物研發設計的科學難題及相關聯的技術瓶頸，對于推動極地裝備遂行使命、支撐我國實施“極地戰略”具有重要意義。 一、科學目標 針對海冰力學行為的跨尺度遞進關系、冰與波流的動態耦合機理、冰與結構物的能量互饋機制等科學問題及相關聯的水面重型破冰船和水下戰略航行體破冰能力預報技術問題，研究極地環境載荷及其與海洋結構物的耦合特性，提出水面和水下兩大重要裝備破冰能力精確預報新方法，構建我國極地裝備研發設計的關鍵理論和核心技術。 二、研究內容 （一）海冰力學行為的跨尺度演變規律。 主要研究海冰在晶體、亞米、工程等不同尺度上的力學行為、揭示海冰力學行為隨尺度的變化規律與內在機制、建立能夠解釋海冰力學行為的多尺度分析理論和協調尺度差異的本構關系。 （二）極區風、浪、流與海冰相互作用機理。 主要研究冰水混合區浪流傳播的能量衰減理論、冰水混合區多冰塊動態耦合機理、風浪流作用下的海冰破碎與漂移堆積機制。 (三) 結構與海冰的相互作用與能量互饋機制。 主要研究海冰分布及海冰與結構碰撞過程的隨機性表征、結構與海冰之間的能量互饋機制、海冰破壞演化規律的建模與重構。 （四）重型破冰船破冰能力預報方法。 主要研究重型破冰船艏向、艉向、旋回三種破冰模式下冰-水-船-槳相互作用的破冰過程與碎冰運動、破冰載荷與船體結構響應特性、破冰能力預報方法。 （五）水下航行體垂直破冰能力預報方法。 主要研究水下航行體準靜態向上和高速向上兩種破冰場景下的近冰面效應與航行特性、垂直破冰載荷與航行體結構響應特性、垂直破冰能力預報方法。 三、申請要求 申請書的附注說明選擇“極地環境載荷及其與海洋結構物的耦合特性”，申請代碼1選擇E11。 12、“內稟功能耦合MA2Z4材料”重大項目指南 多功能耦合是新材料發展的重要趨勢，以MA2Z4材料為代表的內稟功能耦合新材料，可實現不同功能的耦合共存，具有重要的科學價值和應用潛力。如何在MA2Z4材料中實現更多種類的功能耦合及耦合效應最大化，是當前急需解決的重大科學難題。因此，針對MA2Z4材料的結構單元特性及其功能耦合作用難點，開展材料設計、創制、新物理效應的基礎科學和關鍵技術研究，突破多種功能耦合效應最大化的瓶頸，對于建立新材料創制新范式、促進電子信息技術和新能源技術的發展具有重要意義。 一、科學目標 針對傳統材料中一些獨特但矛盾的功能特性難以耦合或耦合效應弱的重大難題，建立內稟功能耦合MA2Z4材料的設計原理，發展制備理論和方法，革新材料創制范式，揭示功能結構單元耦合誘導的新物性和新效應，并開發新應用，為電子信息和可再生能源技術的發展奠定理論和技術基礎。 二、研究內容 （一）MA2Z4材料的設計與性能預測。 高通量計算與預測MA2Z4材料及其電學、磁學、光學、聲學和超導等基本物性，闡明其功能單元耦合對MA2Z4物理性質的調控規律，實現內稟功能耦合特性目標導向的MA2Z4材料設計。 （二）MA2Z4材料的制備理論與方法。 開展MA2Z4材料的制備方法和生長機制研究，闡明其功能單元的結構特征，研究其生長熱力學和動力學行為，建立MA2Z4材料的制備理論和方法，實現高質量材料的控制制備。 （三）MA2Z4材料的物理性質與新效應。 開展MA2Z4材料中磁性、超導、拓撲等性質的實驗研究，闡明MA2Z4材料中多種內稟功能物態的耦合機制，并揭示多種內稟功能物態強耦合下MA2Z4材料中的新物性與新效應。 （四）MA2Z4材料在新原理器件與新能源中的應用探索。 針對MA2Z4材料的獨特性能，研究新原理器件的構建和新能源的高效轉化，闡明內稟功能耦合MA2Z4材料在電子信息和可再生能源領域的作用機制及應用優勢。 三、申請要求 申請書的附注說明選擇“內稟功能耦合MA2Z4材料”，申請代碼1選擇E13。