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6.37億國撥經費在支持哪些材料類變革性技術關鍵科學問題？

2021-03-30 14:14:55 作者：材料人來源：材料人分享至：

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日前，科技部公布了《國家重點研發計劃“變革性技術關鍵科學問題”重點專項2021年度項目申報指南》。根據指南，2021 年該重點專項將圍繞空間、電子信息、材料、地學及生命等 5 個領域方向部署項目，優先支持 34 個指南方向（其中包括 4 個青年科學家項目指南方向）。每個指南方向原則上只支持 1 項項目，僅申報項目評審結果相近，技術路線明顯不同時，可同時支持 2 項，并建立動態調整機制，根據中期評估結果，再擇優繼續支持。每個青年科學家項目指南方向支持不超過 5 項項目。2021 年度本重點專項擬部署項目的國撥概算總經費為 6.37億元（其中擬支持青年科學家項目不超過 20 個，國撥總經費不超過 8000 萬元）。

以下是34個指南方向中涉及材料的：

1. 面向寬溫域功能器件的連續組分外延薄膜技術與材料

研究內容：以寬溫域實用功能器件為牽引目標，發展水平方向化學組分連續變化的外延薄膜生長技術和匹配的水平空間跨尺度表征技術；制備連續組分鐵電和熱電功能材料單晶薄膜；獲得居里溫度和熱電優值等關鍵參量隨精細組分的定量化規律；研究連續組分外延薄膜寬溫域下參量調控機制；研制基于連續組分外延薄膜的寬溫域連續響應功能器件。

考核指標：制備出水平方向具有連續化學組分的鐵電和熱電

外延薄膜，單批次組分跨度≥0.1/cm，實現厘米至微米量級的結構和物性跨尺度表征；連續組分外延熱電薄膜在 250~350K 溫域內實現穩定的高熱電性能，熱電功率因子達到 50μWcm-1K-2 ，平均zT 值達到 1.3；連續組分鐵電外延薄膜在常溫附近 100K 范圍內保持介電常數可調率≥60%，器件電容可調率≥50%，Q 值≥ 80，響應時間≤100?s，頻率可調率≥25%。

2. 面向半導體集成的鐵電調控新功能器件

研究內容：面向半導體集成多功能電子和光電子器件的發展

需求，開展鐵電氧化物薄膜和二維層狀材料與第二、三代半導體相兼容的異質集成技術和可控制備工藝的研究；研究鐵電-半導體界面特性及其功能器件極化調控規律，突破常規晶體管的性能瓶頸；構建鐵電多功能性調控金屬離子發光物理模型和技術方法，革新傳統的發光觸發和調制技術，研究鐵電氧化物的多功能性與半導體光電特性的耦合，實現基于新機制的半導體集成的鐵電功能調控光電子器件。

考核指標：發展鐵電材料與第二、三代半導體的異質集成工藝，實現基于鐵電調控的半導體晶體管，電流開關比≥1×106，亞閾值擺幅≤60 mVdec-1（常規晶體管理論最小極限值）；設計并研制出 2~3 種具有自主知識產權的半導體集成的鐵電氧化物原位可逆調控金屬離子光電子原型器件，包括可尋址的光發射和換能的多模式一體化陣列，電控光致發光調制器和多模態存儲器等，集成器件工作電壓≤10V，光譜動態調控范圍 420~1600nm。

3.生物過程啟示的陶瓷材料室溫制備關鍵科學問題

研究內容：研究自然制造過程中生物材料組成和顯微結構形成過程的典型特征；研究生物環境、類生物環境、生長因子等條件下陶瓷材料合成和顯微結構形成動力學過程，開展生物合成陶瓷材料結構形成動力學的跨尺度理論模擬和計算；研究微納尺度限域環境、外場（光、力、電）等輔助條件對物質傳輸、反應和組裝致密化機制的影響，設計和研發陶瓷材料室溫制備裝備，優化制備工藝參數，研制宏觀尺寸工程陶瓷材料。

考核指標：闡明生物基元、類生物功能基元、生長因子、生物環境等對陶瓷材料組成和結構形成動力學的影響規律，揭示限域環境、輔助外場作用下的陶瓷材料致密化機理及復雜結構表界面穩定機制，形成生物過程啟示的陶瓷材料制備技術理論基礎，發展相關顯微結構表征技術；發展陶瓷材料室溫制備新技術，研制 1~2 種宏觀尺寸的工程陶瓷材料，尺寸達到 5~10cm，硬度：4~8GPa，抗彎強度：100~200MPa，彈性模量：30~70GPa。

4. 大尺寸異形構件的熱防護材料及其制造技術

研究內容：面向大尺寸異形構件整體制造及熱防護的需求，研究多元超高溫陶瓷復合材料高溫長時抗氧化機制，優化設計寬溫域抗燒蝕多元超高溫陶瓷組分；研究反應熔滲法制備大尺寸構件的多元超高溫陶瓷生長機制，發展陶瓷與碳/碳材料結構功能一體化的梯度復合方法；研究大尺寸構件碳基體與陶瓷相的定向引入方法、應力形成機制與變形控制方法，形成大尺寸異形構件整體制造與分區域熱防護制備技術。

考核指標：熱防護性能指標為：2500~3000℃，2000s 線燒蝕率為 10-3mm/s 量級；2500℃以下，2000s 線燒蝕率為 10-5mm/s 量級。形成 1000mm 量級非回轉體艙段縮比件的熱防護/承載一體化整體制造技術，構件材料密度≤2.3g/cm3；材料室溫拉伸強度≥200MPa，室溫彎曲強度≥200MPa，2000℃高溫拉伸和彎曲強度≥150MPa；完成整體構件地面熱靜力試驗。空間環境中新材料制備原理與特種成形技術基于空間環境的特殊條件，探索新材料變革性制備原理與特種成形技術。揭示超高溫金屬材料的液態熱物理性質，探索空間快速凝固動力學規律；研究新型大塊非晶與稀土磁性合金的空間制備與成形過程，優化非晶/納米晶軟磁合金組織和磁性能；探索空間環境中液相分離機理，發展高性能稀土鎂合金特種成形技術；研究無機功能晶體的空間生長動力學及其生物醫學特性，實現其結構和缺陷的主動調控；建立有機功能材料和納米復合材料的空間合成新途徑，發展新型凝膠潤滑材料和含浸潤滑劑多孔納米復合材料。

5.基于范德華外延—剝離轉印的半導體器件制作新方法

面向未來信息系統對高性能半導體器件的需求，突破襯底對器件性能的限制，探索基于范德華外延—剝離轉印的器件制作新方法，實現不依賴外延關系的襯底選擇，為高效率光電器件和大功率射頻器件的研制提供變革技術。

6.基于聲波新原理激勵小型化天線技術

面向低頻天線機動化和高頻天線芯片化的重大應用需求，研究多頻段小型化聲波激勵天線新機理、新材料和新工藝，突破天線尺寸數量級縮減的技術瓶頸和傳統天線輻射效率與帶寬的物理極限，實現天線技術在尺寸和性能上的跨越。

7.高靈敏高速高溫超導單光子探測材料與器件

面向自由空間光通信對輕質小型、高靈敏光子探測器的迫切需求，聚焦星間激光通信等航空航天國家重大戰略，開展新型結構高溫超導薄膜制備過程與跨尺度物性理論研究和工藝優化設計；揭示基于量子金屬態的新型超導量子效應形成機制；建立微結構與庫珀對輸運特性的構效關系和評價準則；發展基于高溫超導體量子金屬態的高靈敏、高速單光子探測原型器件。

8. 稀土基新型電子相變半導體與敏感電阻器件

圍繞國家戰略，從電子材料角度變革現有突變式敏感電阻元器件技術；發展稀土鎳基氧化物等新型電子相變材料的非真空制備技術并結合理論計算優化其制備工藝；發展其金屬絕緣體相變溫度在寬溫區范圍的精準設計方法；研究其高壓誘導電子相變特性與機理；研究其氫致電子相變特性、機理、與潛在器件應用；制作稀土基突變式熱敏、壓力敏感電阻原型器件。

9.材料領域青年科學家項目

針對強自旋軌道耦合材料、二維量子材料、光—電—磁功能材料、柔性材料、生物醫藥材料等新概念功能材料與器件領域中的基礎科學問題開展研究。

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