39个十三五第二批重大项目指南发布 超导、无序合金、复合材料、钙钛矿材料获支持

日前，国家自然科学基金委公布了39个十三五”第二批重大项目指南。材料牛（cailiaoniu.com)整理了其中材料类项目。

以下是各项目的目标和研究内容

项目名称：面向精细化学品高效合成的均相催化氧化还原过程

科学目标：项目以重要的均相催化氧化还原反应选择性调控为核心，聚焦均相催化烃类化合物氧化、氢化、氢羰化反应中的关键科学问题，从分子水平揭示氧化还原过程中电子转移、化学键的断裂和重组规律，发现若干催化氧化还原新反应，丰富和发展氧化还原反应相关理论；创制高效催化新体系，合成重要精细化学品，争取1-2条技术路线的工业应用，实现从催化剂创制到应用技术的突破；促进催化氧化和催化还原反应研究的深度融合，形成一支国际上有重要影响的研究队伍，提升我国相关领域的研究水平和竞争力。

研究内容
1：烃类氧化还原反应的机制和调控。
针对若干重要的均相氧化还原反应，研究氧化、还原试剂与金属催化剂的作用和转化模式，探索催化循环中自由基等活性中间体与有机金属物种之间的电子转移过程，阐述催化体系中配体和中心金属对电子转移的影响因素，揭示化学键的形成机制和反应选择性控制规律，提出新策略、新理论，发展新的基元反应。

2：烃类氧化还原的新催化体系。
针对烃类化合物的均相催化氧化、氢化、氢羰化等反应中化学键断裂重组过程，发展骨架新颖、结构与电子效应可调的新型配体和催化剂，探讨氧化、还原反应催化剂的内在关联性，揭示催化剂的结构与氧化还原活性、选择性的关系，实现催化剂对氧化还原过程的精准调控，发展高效、高选择性、高稳定性的氧化还原新催化体系。

3：烃类选择性氧化。
针对烷烃、芳烃氧化过程中的选择性控制问题，发展均相催化氧化新方法，探索氧化-还原循环作用机制，设计新型廉价催化剂。以空气、氧气、双氧水等绿色氧化剂，实现烷烃、芳烃的高效高选择性氧化，争取在1-2种醛、酸类精细化学品的生产新技术上取得突破。

4：烯（炔）烃氢羰化和酯氢化。
针对烯（炔）烃氢羰化和酯类化合物氢化过程中存在的催化剂效率低、稳定性差和使用贵金属等瓶颈问题，研究催化剂稳定性和金属-氢物种高活性之间的平衡，发展能够同时催化烯、炔异构化和氢羰化的催化剂，以及高活性廉价金属催化剂。在催化剂结构创新和效率突破的基础上，发展新一代有工业应用前景的催化烯（炔）烃氢羰化和酯氢化体系。

项目名称：准二维体系中的高温超导态和拓扑超导态的探索

科学目标：基于准二维超导体系，构筑、发现、研究、调控高温超导与拓扑超导体系。通过实现有判定性的可控实验，为解决高温超导电性机理问题提供明确的实验判据；发现新的准二维超导体系、提高转变温度、揭示超导界面增强的机制, 从而促进对高温超导电性的理解和应用；深入了解基于准二维超导的马约拉那费米子，并实现其编织、融合等操纵，为实现拓扑量子计算提供科学支撑。

研究内容
1：高温超导的机理研究。
构筑并直接测量高温超导核心单元的本征电子结构和超导能隙结构，深入研究杂质效应、准粒子干涉效应和同位素效应，厘清赝能隙机理和超导配对对称性。

2：界面超导增强机制的研究。
研究界面处的应力、声子、电子关联等因素对界面超导电性的影响，得到界面超导电性增强的明确机理，并设计新界面，有效提高超导转变温度。

3：新准二维超导体系的探索。
发现新的准二维超导体系，获得其中高温超导电性的直接证据。获得新的超导和拓扑材料界面体系以及拓扑超导体系，获取研究马约拉那费米子的理想体系，并探索高温拓扑超导转变。

4：马约拉那费米子的编织和融合。
操控磁通涡旋位置。通过移动和摆放磁通涡旋来进行马约拉那费米子的编织和融合，并研究编织带来的影响，探索制备第一个拓扑量子比特。

项目名称：无序合金的塑性流动与强韧化机理

科学目标：针对非晶合金和高熵合金两类典型无序合金材料，围绕“无序-塑性-强韧化”这一核心主线，从力学、物理和材料多学科交叉融合的角度开展系统深入的研究，揭示在拓扑/化学无序合金系统中塑性流动基本事件的物理起源及其跨时空尺度的演化动力学规律；发展计及无序时空演化效应的无序合金非平衡塑性流动本构理论与变形局部化剪切带理论，澄清流动不稳定机理；阐明无序合金强韧化的结构起源和力学机制，实现基于无序时空调控的高强韧无序合金材料设计与研发。本研究将丰富和发展金属塑性理论，为金属材料强韧化研究提供新思路、新理论和新方法，显著提升我国固体力学与材料物理交叉领域的创新能力，形成一支在无序合金塑性流动和强韧化方面具有国际一流水平的研究队伍。

研究内容
1：无序合金的微观流动事件及其时空演化动力学。
通过深度解析无序合金在不同时间和空间尺度下的流变规律和现象，揭示其在外部力场作用下发生塑性流动的微观基本事件的结构起源、能量特征及分布规律；进而结合时间/频率和空间/波矢两个维度，研究微观流动事件在无序系统中的涌现机制、时空演化动力学规律和相互作用图像，以及与材料宏观力学性能的关系。

2：无序合金的塑性本构理论与流动不稳定机制。
基于微观流动事件的时空演化规律，构筑无序合金的塑性事件激活自由能图谱，建立计及无序时空演化效应的无序合金非平衡塑性流动本构理论与变形局部化剪切带理论；发展时空多尺度的实验技术和模拟方法，阐明塑性流动不稳定、动态剪切敏感性的结构起源与力学机制。

3：无序合金强韧化的结构起源与结构-力学性能关联。
通过发展原位加载多尺度表征技术，揭示无序合金在形变、相变过程中微观结构的动态响应行为规律和耦合机制；澄清无序合金强度、塑性和韧性的结构起源，建立其工艺-本征结构-力学性能关联；提出基于无序时空结构调控的强韧化途径，建立一个以拓扑无序-化学无序-强韧性三位一体的统一强韧化理论，开发新型高强韧无序合金及其复合材料。

项目名称：基于薄带连铸亚快速凝固的非平衡相变与组织一体化调控

科学目标：以铝合金为主要研究对象，围绕基于薄带连铸轻合金亚快速凝固的非平衡相变与组织一体化调控的重大科学需求，解析薄带连铸短流程工艺下凝固-变形-相变的关联及组织的遗传性演化规律，明确目标组织强韧化与服役性能最优化调控机理，获得材料组织及性能最优化的一体化调控理论基础，推动薄带连铸工艺相关理论的发展，从而实现以铝合金为主的轻合金材料的靶向式设计及综合性能明显提升。

研究内容
1：基于薄带连铸的全（短）流程一体化设计与制造基础。
研究薄带连铸过程的装备及制造基础，阐明亚快速凝固组织特征及其调控的工艺基础，明确凝固组织的变形特性、后续相变特性及组织调控方法；以非平衡凝固组织为基础，建立全（短）流程组织调控与工艺的耦合设计方法，实现装备、工艺与材料的一体化设计。

2：薄带连铸熔体结构、亚快速凝固行为与过饱和固溶组织调控。
研究薄带连铸熔体结构、亚快速凝固行为与组织演化，揭示合金熔体性质对晶体生长及第二相析出的影响规律，建立热-力耦合作用下亚快速凝固过程的过饱和固溶组织形成与演化机制及溶质分布调控方法，揭示薄带连铸非平衡相变中高均匀性细晶组织的形成条件与调控机制。

3：基于热/动力学相关性的非平衡相变组织预测。
研究薄带连铸涉及合金的液-固相变路径，建立耦合非平衡凝固效应的多尺度组织预测框架，确定达到目标组织(性能)的工艺参数，揭示凝固微观组织、力学性能与工艺涉及相变的热力学驱动力、动力学能垒的理论关联。

4：材料强韧化与服役性能最优化调控微观组织状态。
研究薄带连铸全（短）流程工艺下材料组织的多尺度结构特征，通过阐明材料强韧化机理与服役性能最优判据及其断裂特性，建立工艺-组织-性能关联，并基于性能最优化提出微观组织设计与控制原则。

项目名称：锑化物低维结构中红外激光器基础理论与关键技术

科学目标：锑化物中红外激光器研制面临多元化合物材料外延技术、器件构型及制备工艺等一系列难题。本项目拟重点研究2-4微米波段锑化物半导体激光器能带理论，探索基于轻重空穴与自旋轨道耦合结构的器件设计新方案；研究外延材料表面、界面、应变、合金以及缺陷等精细结构的形成机制，发展红外光学特性、输运特性和高精度结构特性等综合表征方法；发展综合光场、电场及热场特性的激光器理论模拟方法，突破制约激光器输出功率、线宽、边模抑制比和光束质量性能的技术瓶颈，掌握锑化物低维结构中红外激光器的制备技术。

研究内容
1：锑化物低维结构材料物理研究。
采用AlGaInAsSb多元材料体系构建锑化物半导体特有的I型和II型量子阱能带结构，研究载流子输运和跃迁复合机制。研究量子阱结构能带带阶、轻重空穴和自旋轨道耦合能态的优化方案，有效抑制I型量子阱有源区载流子泄露，提升II型量子阱有源区载流子耦合效率、抑制非辐射复合，增强载流子隧穿注入几率。

2：锑化物低维材料外延生长及单元器件制备。
研究AlGaInAsSb多元异质结材料外延生长中各元素交叉互混抑制方法；研究针对多元合金中V族元素组分精确配比和控制方法；研究III族元素对异质结界面态制约机理和精确控制技术；研究高精度掺杂元素的热运动规律、及其浓度和区域精确控制方法。预期获得高发光效率的2-3微米量子阱和3-4微米带间级联低维材料。实现2-3微米量子阱激光器室温连续单管输出功率>1.5W，3-4微米带间级联激光器室温连续单管输出功率>0.1W。

3：锑化物激光器组件关键制备技术与测试。
研究锑化物材料与化学物质反应过程、表面物理化学性能对器件光电特性的制约机理，探索实现器件表面和端面淀积介质膜和金属膜的精确控制技术；研究激光器阵列热处理封装结构的优化和制备技术。预期实现2-3微米波段激光器阵列输出功率>150W； 3-4微米波段巴条输出功率>1W；单模激光器室温连续输出功率>2mW，边模抑制比（SMSR）>30dB。

4：光纤耦合单模大功率锑化物激光器组件研制。
研究锑化物激光器结构的电场、光场、热场与应力场的测试方法，和激光器单元及其阵列输出信号的物理表征方法；研究实时快速标定激光强度、光束质量等核心指标的检测方法，特别是中红外激光窄线宽、短脉冲信号的准确提取方法；研究光泵碟型激光器的结构优化、阵列光束整形及光纤耦合输出技术。预期实现1.95微米大功率单模激光器，室温连续输出功率>500mW，线宽<0.1纳米；实现200微米光纤耦合激光器模块，室温连续输出功率>30W，光束质量BPP <12毫米*毫弧度。

项目名称：大飞机子午线轮胎先进复合材料及结构的设计与制造基础研究

科学目标：建立高频高应力宽温域条件下橡胶复合材料的研究新方法，发展大飞机子午线轮胎结构-材料性能-材料微观结构跨尺度设计理论与方法，揭示高频高应力宽温域条件下橡胶复合材料的微观结构演化与性能的关系、瞬时高速高冲击载荷下橡胶复合材料的摩擦磨损和烧蚀老化机理，以及大飞机子午线轮胎多材多层界面的失效机制等规律，发展大飞机子午线轮胎各部件不同特殊性能要求的系列橡胶复合材料新制备技术，研制达到我国适航标准的大飞机子午线航空轮胎，在大飞机子午线轮胎设计理论和关键橡胶材料技术方面取得重大突破，使我国在该领域的研究水平和研究队伍居国际前列。

研究内容
1：高频高载荷宽温域下轮胎橡胶复合材料的跨尺度模拟及设计方法。
发展分子和介观尺度模拟技术，研究高频高应力宽温域条件下橡胶复合材料的微观结构演化，建立从橡胶复合材料微观结构到轮胎宏观结构的跨尺度模拟及设计方法，形成先进的自有设计理论体系。

2：苛刻动态条件下橡胶复合材料的微观结构演变与非线性粘弹机制。
建立高频高应力宽温域条件下橡胶纳米复合材料的粘弹性表征及微观结构、性能演化同步测试新方法，研究复杂苛刻外场条件下橡胶复合材料的多尺度网络结构演变过程以及非线性粘弹性与力-热交互耦合行为。

3：瞬时高速高冲击载荷下橡胶复合材料的摩擦及烧蚀老化机理。
建立高速高冲击载荷条件下橡胶复合材料摩擦磨损的研究方法，研究大飞机轮胎橡胶复合材料的摩擦生热及烧蚀老化机理，探索橡胶材料抗燃烧、抗磨、抗老化的新方法。

4：大飞机子午线轮胎多材多层界面调控及加工制造方法。
建立高速高冲击载荷下多材多层橡胶复合材料界面粘合的研究方法，研究复杂苛刻外场条件下大飞机子午线轮胎多材多层界面的应力传递与失效机制，发展纳米填料增强、纤维增强橡胶复合材料的界面调控及设计制备新方法，研究高填充纳米填料混合分散、内衬层微纳共挤、多材叠层组装及共交联等加工制造方法。

项目名称：钙钛矿材料多功能原理及其耦合新效应

科学目标：致力于揭示钙钛矿多功能耦合材料的设计原理，发展出几种具有磁电、铁电-光电等多功能耦合的新材料；在多功能耦合材料的可控制备、结构调控、多功能耦合新效应等方面取得突破；设计并开发出诸如多态、非易失、超快、低功耗信息安全存储以及高效光功能耦合原型器件。形成具有我国独立知识产权的钙钛矿多功能耦合材料设计理论、制备技术和原型器件构筑的支撑体系，提升我国在相关领域的自主研发能力和学术影响力，并建设一支创新能力强、多学科交叉且具有充分国际竞争力的研究队伍。

研究内容
1：多功能耦合原理与新效应探索。
利用多尺度计算模拟，从原子尺度、介观尺度研究钙钛矿基体系中多自由度（包括自旋-轨道-电荷-晶格）关联作用原理，探索钙钛矿多功能耦合材料设计与多场调控新方法、新效应，揭示调控机制和动力学过程，探索新型拓扑畴结构的磁电调控等。

2：单相室温磁电耦合新材料设计、制备及性能调控。
从对称性演化、氧八面体倾转与畴结构调控出发，研究单相室温磁电耦合新材料设计原理、制备与结构性能调控；通过对材料的固溶体设计与对称性调控、以及基于新原理/新机制的新材料体系探索，研制出具有大极化强度、强磁电耦合效应的单相室温磁电耦合材料。

3：磁电耦合异质结与信息存储原型器件。
探索磁电耦合薄膜和异质结构可控生长工艺；研究界面电荷-自旋-轨道再分布以及局域结构-成分变化对磁电耦合性能的影响并揭示其调控机理；发展具有电控磁、忆阻等先进功能的信息存储原理，构建超快、低功耗、非易失、多态信息安全存储原型器件。

4：铁电半导体新材料与光能源原型器件。
立足于多尺度计算与实验相结合的方法，发展铁电半导体中铁电极化与载流子传导之间共存、竞争与耦合的微观理论；开发铁电光电化学过程的微区表征技术，阐明其微观过程调控新方法；设计并制备新型铁电半导体材料（含铁电/半导体异质结构），构建高效光电能源转换原型器件。

更多内容请参考：国家自然科学基金委员会关于发布“十三五”第二批重大项目指南及申请注意事项的通告

材料牛编辑整理。