《國家自然科學基金“十三五”發(fā)展規(guī)劃》中指出，我國基礎(chǔ)研究正處于創(chuàng)新發(fā)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(chǎn)業(yè)變革的歷史交匯期、中國經(jīng)濟和產(chǎn)業(yè)提質(zhì)增效升級的全面轉(zhuǎn)型期、國家發(fā)展跨越中等收入陷阱的戰(zhàn)略突圍期、創(chuàng)新型國家建設(shè)的關(guān)鍵決勝期、科技體制和創(chuàng)新體系的深度調(diào)整期、基礎(chǔ)研究從量變到質(zhì)變的重要躍升期。與主要發(fā)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(chuàng)成果偏少，缺乏開創(chuàng)重要新興學科和方向的能力。二是引領(lǐng)科學潮流的世界級科學家匱乏，青年人才成長環(huán)境尚需改善。三是基礎(chǔ)研究促進經(jīng)濟社會發(fā)展、保障國家安全的作用有待提升。四是創(chuàng)新文化氛圍有待改善，科研誠信狀況不佳、不端行為時有發(fā)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(zhàn)，開拓進取，實施有針對性的政策措施，促進我國基礎(chǔ)研究健康發(fā)展。

    面上項目支持自由探索，激勵原始創(chuàng)新，促進學科均衡協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展。重點項目著眼關(guān)鍵前沿，結(jié)合戰(zhàn)略需求，兼顧學科發(fā)展，集成創(chuàng)新資源，孕育重點突破。

    工程科學是研究人造結(jié)構(gòu)及其系統(tǒng)在特定條件下的表象及相關(guān)規(guī)律的科學，主要包括冶金與礦業(yè)工程、機械工程、建筑環(huán)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(xù)支持我國具有優(yōu)勢或特色的研究方向基礎(chǔ)上，積極推動協(xié)同創(chuàng)新研究；結(jié)合經(jīng)濟社會發(fā)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(chǔ)研究，并形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)；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(lǐng)域開展實質(zhì)性的國際合作，盡快縮短我國與世界強國在工程科學領(lǐng)域基礎(chǔ)研究的差距，在若干方向和技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)與發(fā)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(shù)會議上作主題報告。“十三五”期間，重點支持領(lǐng)域包括化石能源高效開發(fā)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(tǒng)集成設(shè)計、增材制造技術(shù)基礎(chǔ)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(jié)構(gòu)全壽命可靠性設(shè)計理論、綠色建筑設(shè)計理論與方法、變化環(huán)境下水資源高效利用與生態(tài)水利等。

    工程與材料科學學部遴選出18個優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域及其主要研究方向，這些領(lǐng)域?qū)⒊蔀槲磥砦迥曛攸c項目和重點項目群立項的主要來源。

    （1）亞穩(wěn)金屬材料的微結(jié)構(gòu)和變形機理

    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(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、強韌化機理及組織性能調(diào)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(diào)控的基礎(chǔ)理論研究；

    使役性能與防護基礎(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、聲子等的運動規(guī)律和機制；

    低維碳材料的可控制備原理與規(guī)?；苽浞椒ǎ?/span>

    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(jié)構(gòu)設(shè)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(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)演變的物理與化學問題；

    高分子材料非線性流變學，以及高分子加工不穩(wěn)定現(xiàn)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(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(tǒng)。

    （7）化石能源高效開發(fā)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(fā)，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(gòu)關(guān)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(guān)鍵物化數(shù)據(jù)；

    選冶過程物相結(jié)構(gòu)演變；

    反應器新原理與新流程，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(diào)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(diào)控；

    運動體與介質(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。

    （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；

    熱學探索——熱質(zhì)理論的微觀基礎(chǔ)及其與宏觀規(guī)律的統(tǒng)一。

    （12）燃燒反應途徑調(diào)控

    主要研究方向：

    基于燃料設(shè)計和混合氣活性控制的燃燒反應途徑調(diào)控研究；

    非平衡等離子體燃燒反應途徑調(diào)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(shù)為主燃燒反應途徑調(diào)控研究；基于尺度效應的燃燒反應途徑調(diào)控；

    基于物理過程控制的燃燒反應途徑調(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)定問題作用機理（包括智能電廠和智能電網(wǎng)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(guān)科學問題；

    多種能源系統(tǒng)的互聯(lián)耦合方式；

    供需互動用電、能源電力與信息系統(tǒng)的交互機制；

    系統(tǒng)運行機制與能源電力市場理論；

    網(wǎng)絡(luò)綜合規(guī)劃理論與方法。

    （14）高效能高品質(zhì)電機系統(tǒng)基礎(chǔ)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(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；

    多約束條件下電機系統(tǒng)及其驅(qū)動控制；

    電機系統(tǒng)的新型拓撲結(jié)構(gòu)、設(shè)計理論與方法、制造工藝、控制策略。

    （15）多種災害作用下的結(jié)構(gòu)全壽命整體可靠性設(shè)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(jié)構(gòu)全壽命可靠性設(shè)計理論與方法；

    多種災害作用危險性分析原理；

    工程結(jié)構(gòu)時、空多尺度破壞規(guī)律；

    高性能結(jié)構(gòu)體系與可恢復功能結(jié)構(gòu)體系；

    防御多種災害的結(jié)構(gòu)整體可靠度設(shè)計理論與方法。

    （16）綠色建筑設(shè)計理論與方法

    主要研究方向：

    建筑形體、空間、平面和構(gòu)造與綠色建筑評價指標體系的耦合作用規(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)計的原理、方法、技術(shù)體系和評價標準。

    （17）面向資源節(jié)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(zhuǎn)化機理和節(jié)能理論；

    非常規(guī)介質(zhì)特別是高溫熔體中強化反應傳遞過程的機理和調(diào)控機制；

    物質(zhì)相互作用的特殊現(xiàn)象和反應機理、熱力學與動力學調(diào)控機制；

    多因素多組元固/液/氣界面結(jié)構(gòu)及界面反應；

    反應器內(nèi)及各種物理場下的化學反應、物質(zhì)、能量傳輸?shù)鸟詈蠙C制；

    資源利用過程中的高效、低碳排放轉(zhuǎn)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(jiān)控與防災減災。