根據《國務院關于改進加強中央財政科研項目和資金管理的若干意見》（國發〔2014〕11號）、《國務院關于深化中央財政科技計劃（專項、基金等）管理改革方案的通知》（國發〔2014〕64號）、《國家重點研發計劃管理暫行辦法》（國科發資〔2017〕152號）等文件要求，現將“變革性技術關鍵科學問題”重點專項2018年度項目申報指南公開征求意見。征求意見時間為2018年2月7日至2018年2月21日。

國家重點研發計劃相關重點專項的凝練布局和任務部署已經戰略咨詢與綜合評審特邀委員會咨詢評議，國家科技計劃管理部際聯席會議研究審議，并報國務院批準實施。本次征求意見重點針對各專項指南方向提出的目標指標和相關內容的合理性、科學性、先進性等方面聽取各方意見。科技部將會同有關部門、專業機構和專家，根據征求意見情況，修改完善項目申報指南。征集到的意見將不再反饋和回復。

相關意見建議請于2月21日24點之前發至電子郵箱：jcs_zdxmc@most.cn。

科技部基礎研究司

“變革性技術關鍵科學問題”重點專項2018年度項目申報指南建議（征求意見稿）

變革性技術是指通過科學或技術的創新和突破，對已有傳統或主流的技術、工藝流程等進行一種另辟蹊徑的革新，并對經濟社會發展產生革命性、突變式進步的技術。“變革性技術關鍵科學問題”重點專項重點支持相關重要科學前沿或我國科學家取得原創突破，應用前景明確，有望產出具有變革性影響技術原型，對經濟社會發展產生重大影響的前瞻性、原創性的基礎研究和前沿交叉研究。

2018年本重點專項將圍繞信息、能源、地學、制造、材料、生命科學及交叉等6個領域方向部署項目。

1. 腦信息認知技術基礎研究

研究內容：面向仿腦、類腦、人-機互聯等技術發展需求，探索構建腦信息認知的核心方法體系。研究電磁光聲等多手段腦信息聯合獲取技術；研究生物神經環路的計算原理與數學建模方法；研究復雜神經模式的脈沖計算模型；研究多腦區神經元功能連接與聯合解析原理；研究神經元鋒電位、局部場電位、事件相關電位、頭皮腦電等腦信息的單模態及多

模態解碼的新機制與新算法；研究多時空尺度、多腦區協同解碼模型與方法。

考核指標：構建電磁光聲等多手段、跨腦區腦信息認知新方法，建立至少5種腦信息新模態，搭建面向實用功能的人-機交互實驗驗證系統。

2. 存算一體器件及其計算新架構

研究內容：面向大數據高性能計算需求，突破傳統馮·諾依曼計算架構在訪存速率和能效方面的局限，探索新型存算一體器件及其計算新架構。研究存算一體新原理器件及其性能調控方法；研究存算一體計算的基本理論，發展器件集成關鍵技術；設計存算一體的存內處理電路和全系統模擬器，研究動態存算資源調配新方法和計算新架構。

考核指標：闡明影響存算一體器件性能的關鍵因素，建立其物理模型；研制新型存算一體器件，開關速度≤20 ns、功耗≤1 pJ；開發CMOS兼容的平面和三維集成技術，集成規模≥1 Mb、三維堆疊層數≥8層；研制存算一體芯片，實現模式識別應用驗證，系統能效相比GPU提升2個數量級。

3. 智能通信架構與可信協議基礎

研究內容：針對網絡化、信息化面臨的日益突出的通信安全及資源瓶頸等問題，突破傳統的網絡通信架構，探索融合智能計算、反饋協同的高效、安全通信新架構及協議新體

系。研究基于智能計算的信息通信理論，建立新的網絡通信容量表征方法；研究基于反饋的協同通信體制，發展感知環境、業務、內容的智能通信方法；研究網絡鏈接關系模型，建立安全可信協議，形成以用戶為中心的個性化通信服務架構。

考核指標：建立面向用戶的智能信息代理模型和網絡鏈接關系模型，從根本上變革用戶數據的中心化管控模式；建立基于智能計算的信息通信理論基礎，構建智能協同通信體制，通信容量及資源效率提升1個數量級；構建可信通信環境，為從根本上解決DDOS攻擊問題、遏制網絡虛假信息等提供新途徑。

4. 人工智能元學習理論與技術

研究內容：面向復雜不確定場景下發展穩健人工智能技術的需求，探索系統自學習/自設計、環境自適應的元學習理論與技術。研究元學習中機器對模型、數據和算法的自我學習、設計的理論與技術；研究元學習的環境自適應搜索與優化、知識自推斷等技術；研究元學習的統計可解釋性理論。

考核指標：形成數據自選擇、度量自調節、正則項自設定的機器學習理論基礎；實現面向問題/數據的自博弈的學習結構自設計與算法自選擇方法；建立一套數據到知識的通用

自推斷/生成系統；形成基于貝葉斯與統計理論的元學習可解釋性理論；在智慧城市或醫療大數據等典型場景中研發示范應用系統。

5. 全息光存儲基礎理論與關鍵技術

研究內容：面向海量數據高效存儲需求，突破傳統光存儲二維記錄、一維讀寫的理論極限，探索超高密度、超快傳輸、超長壽命全息光存儲新方法。研究振幅、相位和偏振等多維調制技術，提出優化全息光存儲介質的新途徑；研究高效編碼技術，提升讀寫速度；研究數據穩定長存新機理，大幅降低存儲能耗；研究增強數據存儲安全的新方法；設計快速、高效評估存儲性能指標的新工具。

考核指標：研制全息光存儲設備，存儲密度較傳統光存儲技術（25Gb/inch2）提高2個數量級以上，讀取速度>128 Gb/s，寫入速度＞20Gb/s，數據掉電保存壽命50年以上；研制評估工具，驗證以上指標。

6. 微波光子合成孔徑成像理論方法

研究內容：面向精準探測和精確目標特性分析需求，突破傳統探測系統波段、帶寬受限等瓶頸，探索基于光子內核的超寬帶合成孔徑成像新技術。研究產生和處理相參超寬帶微波信號的光子學理論；分析信號跨波段相參融合對成像分辨率的倍增機理；研究獲取目標廣譜散射特性的新方法，建立目標散射特性數據庫，實現高分辨率微波成像。

考核指標：形成產生和處理相參超寬帶微波信號的光子學理論基礎，基于光子器件產生并處理線性調頻微波信號；研制基于光子內核，連續覆蓋S、C、X與Ku波段的相參成像系統，總寬帶≥16GHz，二維分辨率≤3cm×3cm；實現基于超寬帶高分辨率成像的目標廣譜散射特性反演演示驗證。

7. 納光電集成芯片及技術基礎

研究內容：面向高性能基礎器件與芯片的變革需求，建立超小尺寸、超高速、超低能耗納光電子器件與集成技術基礎。研究介觀尺度下光場調控的新機理，實現可與微電子芯片融合集成的納光子器件；研究納光子器件和微電子器件融合集成和精準制備技術，實現高速低功耗光電集成芯片；發展超高時空分辨的探測技術，研究器件及芯片的超快動力學行為。

考核指標：闡明介觀尺度下光場調控的新機理；研制納光子器件與陣列單元，串擾<-20dB、工作波長覆蓋近紅外和通信波段、帶寬>50nm、波長偏差<0.3nm；實現空間分辨率10nm、時間分辨率100fs超高時空分辨光學探測；實現納光子器件與微電子芯片的融合集成，設計2-3種光電集成芯片，時間響應皮秒量級，功耗降低一個數量級。

8. 新一代非鉑高溫燃料電池研究

研究內容：面向新一代質子交換膜燃料電池，重點發展非鉑和低貴金屬催化劑，制備與非Pt催化電極反應動力學匹配的、低阻抗、穩定的低成本高溫質子交換膜材料。擺脫燃料電池對鉑金屬的依賴，大幅度提高非鉑燃料電池，特別是在高溫條件下的穩定性和可靠性。

考核指標：陰極非鉑催化劑和陽極低貴金屬催化劑組裝的PEMFC在運行溫度高于140℃、電壓為0.7V條件下，電流密度達到500 mA/cm2，并穩定運行500 h以上。

9. 合成氣一步法直接制備乙二醇研究

研究內容：創新催化劑體系和反應過程，實現合成氣（CO/H2）或含氧中間體在催化劑表面控制偶聯，直接制備高碳含氧化合物，從原理上縮短反應歷程，降低過程的CO2排放和水耗，實現碳基資源的原子經濟轉換。

考核指標：驗證合成氣轉換的傳統條件（溫度小于500℃，壓力小于10MPa）下，CO的氫助偶聯直接偶聯生成含高碳氧化合物的可行性，創新合成氣轉化的新途徑。針對合成氣直接制備乙二醇過程，CO單程轉化率不小于10%，目的產物的選擇性不低于50%。

10. 低溫區高效熱電材料與器件研究

研究內容：顛覆傳統窄帶隙半導體熱電材料體系禁錮，開發面向低溫區（<300℃）發電和制冷應用的高效熱電材料。

利用缺陷、晶格對稱性、自旋等多重自由度調控電聲耦合，協同提升熱電性能；發展原子尺度及低維結構熱電材料可控制備方法及表征手段，利用表界面效應提升薄膜材料熱電性能；利用熱-電-磁耦合效應，發展電流與熱流異向熱電技術，實現電子、空穴協同貢獻熱電轉換；發展具有低界面熱阻、電阻的熱電器件制備方法，提高熱電器件的能量轉換效率。

考核指標：獲得新概念熱電材料，在低溫區（<300℃）ZT不小于2.0 或者5cm2×5cm2小型熱電能量轉換器件效率達到10%。

11. 分布式信息能源系統的智能進化機理和設計

研究內容：面向分布式信息能源系統，構建能源節點為智能體的群智智能網絡，突破Alpha Zero算法的完全信息博弈環境局限，研究實時變化下的能源節點智能進化機理，探索信息正反饋在智能進化中的作用。開發由智能終端、拓撲結構網絡、云平臺組成的三層分布式云端仿真實驗平臺，采用群智算法建立能源網絡群智模型，實時調整各能源節點優化目標, 實現能源節點智能模型的可持續進化。

考核指標：開發實時變化環境下的智能進化算法，建立分布式能源網絡仿真實驗平臺支持12000個能源節點群智模型實時調整優化目標，使得系統能效比傳統優化方法提升15%以上，能源網絡隨機移除超過20%節點仍保持穩定；有

密集動態熱源的信息能源系統在制冷耗電量方面比傳統恒溫控制降低40%以上。

12. 高效能仿生型儲熱材料和過程設計

研究內容：以仿生等級孔結構及復合結構陶瓷新材料及儲熱系統為研究對象，重點突破等級結構復合結構陶瓷新材料的粒子波傳遞機理，揭示新材料儲熱系統的動態運行本質特性。提出基于等級孔結構及復合結構陶瓷新材料儲熱系統的優化設計方法和運行調控策略。為開發革命性的高效率高可靠性儲熱技術提供理論和技術支撐。

考核指標：研究可適合于采暖和太陽能熱發電等中高溫儲熱的系列等級孔儲熱材料，包括顯熱潛熱復合儲熱材料，工作溫度200-700℃，非合金類材料的儲熱密度達到200 kJ/kg，熱循環壽命大于5000次，導熱系數不低于20W/mK，比目前的無機非金屬固體儲熱材料導熱系數提高20倍。

13. 稠油化學復合冷采基礎研究與驅油體系構建

研究內容：研究稠油微觀聚集態復雜分子間作用機制和多孔介質中稠油-化學復合體系-水多相多組分滲流規律，研究不同類型稠油組成及瀝青質與膠質分子作用力類型與大小、極性、電性及空間構型特征，稠油流體的表界面性質、體系穩定性、粘性和流變性特征等，研究化學復合體系微觀驅替機理、驅替規律和剩余油分布特征，稠油冷采過程中油、

水、驅油體系多組分多相流動機理表征與模擬方法，形成稠油化學復合冷采驅油新理論、新方法，帶動礦場應用技術發展。

考核指標：建立稠油復雜微觀聚集態的實驗評價體系，形成稠油分子空間構型預測方法；建立稠油化學復合冷采驅油多尺度物理模擬裝置，揭示不同驅油體系與原油/巖石/地層水的微觀作用機理和驅替規律；構建化學復合冷采驅油理論，形成稠油冷采化學復合驅油體系設計方法及不同類型稠油油藏復合冷采驅油體系。應用于典型稠油油藏的化學復合冷采礦場試驗，與熱采相比，預計單井產量可增加50%以上，提高采收率5-10個百分點。

14. 高分辨率地震勘測實時成像技術

研究內容：將高性能計算技術與反演理論技術深度融合，實現由地震采集數據（地震波場全部信息）直接反演獲得地下物性參數的方法。實現地震數據高保真預處理，改變傳統技術的不適應性；基于地質、測井約束的速度精細建模，構建穩健的初始速度模型；基于復雜地震波場模擬的全波形反演理論與技術，突破傳統走時反演理論的局限性；建立地震實時成像技術軟件系統，實現基于高性能并行計算的建模和成像一體化、流程化、工業化；實時成像技術在盆地等地區的實踐及應用，實現從原始數據到高品質成像結果的地震

實時成像技術應用。

考核指標：建立地震實時成像技術平臺，具備野外原始數據的自適應保幅處理能力，初始速度建模能力，非線性全波形反演技術能力，實現地震數據的實時處理成像并在1-2個實際區塊示范應用。對比傳統技術，實時成像技術效率提高50-60%，顯著提高成像精度。

15. 面向礦床學研究的原位分析新技術

研究內容：針對礦床學研究樣品多期次、多組分、多來源的特點，突破傳統“全分析”手段難以提供高時空分辨率信息的瓶頸問題，發展復雜基體條件下的原位分析新技術和新方法，實現單礦物尺度元素含量和同位素組成信息的高精度測定和可視化，精細刻畫元素在巖漿和/或熱液體系中的分配行為和富集過程。針對若干重要礦床類型，綜合集成礦物組分原位分析手段，形成示蹤成礦過程和預測礦化中心的新方法體系。

考核指標：升級高精度多元素快速測定和掃面技術，將分析束斑縮小到<10μm，元素定量分析精度和準確度優于10%，同時提高分析測試效率。優化激光原位分析技術，開發干擾校正、定量化等數據處理方法，將流體包裹體微量元素含量分析精度提高到<±30%，實現礦物尺度特殊元素分布的快速二/三維可視化。開發熱液礦物硫-鐵-銅同位素原位測

試系列新技術，將礦物硫測試精度提高到<0.4‰，鐵和銅同位素測試精度提高到<0.15‰ ，同時研發適合礦床樣品分析的固體同位素標準物質。

16. 地球內部超臨界流體的性質和效應

研究內容：開發高溫高壓條件下新的實驗技術，促進原位測試手段在認識超臨界流體物理化學性質中的應用。將第一性原理計算拓展到地質流體，提高理論模擬流體微觀相互作用的準確性。對地質樣品進行地球化學綜合分析，探索巖石圈深度超臨界流體的形成和消失的物理化學條件及其地質記錄。研究地球內部富水溶液與硅酸鹽熔體完全混溶形成的超臨界流體對成礦金屬元素的溶解遷移能力和富集作用。

考核指標：將水熱金剛石壓腔的溫壓上限提高到1000℃和5 GPa，在<1mm尺度上合成多種巖石體系的超臨界流體。通過金剛石壓腔與多種分析測試技術的聯用，實現超臨界流體微觀結構和物理化學性質的原位測定。建立第一性原理模擬新方法，準確處理超臨界流體的微觀相互作用，計算與實驗結果相差不超過20%。確定超臨界流體在巖石圈深度發生相分離的溫度壓力條件，將精度提高到±5℃和±50 MPa。查明超臨界流體對金屬元素溶解遷移能力，找到區分不同性質流體活動的定量地球化學指標（準確度>75%），為找礦勘探提供戰略靶區。

17. 大型復合材料航天運載器貯箱一體化制造基礎

研究內容：針對大型航天器低溫推進劑復合材料貯箱的一體化制造，主要研究：低溫介質相容的樹脂基復合材料體系設計與制備；耐極端環境復合材料貯箱材料-結構-功能多維協同設計理論與方法；大型復合材料薄壁曲面構件的低缺陷成型與低損傷加工；多物理場耦合條件下的復合材料結構性能跨尺度、在線綜合測試與評價方法。

考核指標：揭示低溫介質與貯箱復合材料體系微觀化學/物理交互作用機制；開發滿足介質相容性、滲漏性與低溫力學性能要求的復合材料體系；闡明極端力/熱耦合效應下貯箱復合材料結構的靜/動態力學行為與跨尺度損傷演化機理；建立3~10m直徑的復合材料貯箱材料-結構-功能協同設計方案與復雜環境多尺度力學分析方法；開發復合材料貯箱大型薄壁曲面部件高精度成型與加工工藝；制造直徑≥3m的復合材料貯箱樣件，與同尺寸金屬材料貯箱對比減重≥25%；建立貯箱綜合性能檢測/監測與安全評價方法。

18. 超大尺度金屬材料構件均質化構筑成形基礎

研究內容：針對超大尺度金屬構件的均質化制造瓶頸難題，突破“以大鑄錠制造大構件”的傳統思路，提出超大尺度金屬件構筑成形新方法; 研發適度尺寸構筑基材的純凈化、均質化、致密化制備技術，新型高性能合金基材制備技術，

基材高效加工與表面預處理技術; 揭示基材間界面形貌、物理特性對界面結合的影響規律，探索界面微觀形貌設計方法、潔凈化和活化處理原理與方法，闡明高溫、高壓、多向形變和復合場調控下的界面愈合規律; 研究高性能合金基材體系，建立構筑成形構件的界面表征與性能評價方法，實現構筑成形加工過程的多尺度模擬計算與全流程形性協同控制。

考核指標：揭示基材間界面再結晶、氧化膜分解、原子擴散和演化規律，創建均質化大尺度高品質構件的新型構筑成形理論、方法與工藝技術；通過金屬構筑成形，解決超大尺度金屬材料構件的成分偏析、組織均勻性，以及高性能合金構件制造等瓶頸問題；研究出系列的高性能合金基材體系，研制2~3種典型的高品質大型產品樣件，包括：Φ5m級合金鋼容器高品質鍛件，（全斷面碳元素偏析控制到±0.02%、硬度均勻性控制到HRC±2）和Φ15m級高品質環筒類構件（任意兩點強度偏差小于±20MPa、沖擊功偏差小于±25J）等。

19. 氣體膨脹制冷新原理與技術基礎

研究內容：開展不同于“透平膨脹”的氣體波動膨脹制冷新方法和新技術研究。主要包括：研究運動波系引起的氣體膨脹、壓縮和能量轉換機理；闡明操作參數、介質類型和結構形式等對波系運動行為和制冷性能的影響規律；研究高壓

和帶液工況下氣體波動制冷裝備關鍵部件的設計方法；解決高壓、高頻和長周期使役核心部件的振動、疲勞斷裂等安全問題；研究高強度、輕量化和高熱阻等核心部件精密制造技術；研制工業用大型氣體波動制冷裝備樣機。

考核指標：揭示波系的運動行為、交互作用、耗散機理及功能轉換機制；闡明工質、工況、結構對氣體波系運行和制冷性能的影響規律，實現各參數之間的優化匹配；形成運動波系作用為機理的氣體膨脹制冷新技術；建立氣體膨脹制冷裝備設計方法和制造工藝；研制大型氣體波動制冷裝備樣機，指標為：壓力低于0.5MPa下流量大于35kg/s，膨脹端等熵效率大于70%，壓縮端等熵效率大于90%，轉速低于3000轉/分，可帶液25%wt以上，并進行初步工業應用驗證。

20. 體外生物組織/器官精準制造基礎

研究內容：針對組織器官的體外多細胞跨尺度制造，研究突破器官異質結構的設計理論、材料制備、成形機理及關鍵裝備等。主要包括：探索器官結構的跨尺度描述方法及設計理論、高活性載細胞墨水制備及成形中的耦合交聯機制、多細胞復雜組織多工藝融合精準成形機理；提出多曲率曲面制造，功能細胞導向性精準排列及組織與內部營養通道構建方法；制定體外組織物理、生物屬性測試及生物實驗規范及評價體系。

考核指標：創建器官結構跨尺度描述方法及設計理論，揭示載細胞墨水的交聯耦合成形機制；提出功能細胞精準排列、多曲率曲面構建和營養通道同步制造新工藝；研發多細胞大尺寸組織精準制造及其誤差控制技術；開發跨尺度力學分析與結構優化設計軟件；研制定位精度1μm，不少于六噴頭，支持同時且共點打印、噴墨及擠出工藝的成形設備，實現成形60天后體外細胞活性>90%；完成全層皮膚、角膜、血管、血管芯片等不少于10種組織及器官芯片制造，其中不少于5種進行動物試驗，血管芯片要求能再現典型血管三層細胞結構（內皮、平滑肌及成纖維細胞層）；制定生物組織/器官體外打印、驗證及應用規范。

21. 高性能印刷電子器件的高精度跨尺度制造基礎

研究內容：針對柔性顯示等印刷電子器件的高精度跨尺度制造，研究突破印刷電子器件噴印制造的新型材料、功能墨水、工藝機理和裝備原理，主要包括：研究可印刷高性能半導體材料的宏量制備、良好加工性的功能墨水配置、柔性大面積微納結構高分辨率噴印制造、印刷電子器件系統高效集成等新原理和新方法，建立高性能印刷電子器件的高精度跨尺度制造理論與方法，為印刷電子從“樣品制備”到“批量制造”提供理論和技術支撐。

考核指標：揭示納米尺度上有機墨液復合與改性機理、

外場作用下功能墨水噴印動力學行為以及微納結構沉積成形的演變規律，實現印刷電子器件系統的高效集成；從分子層次設計合成高遷移率（>15cm2/V·s）有機/聚合物半導體等功能材料及功能墨水；提出大面積柔性微納結構高分辨率噴印新工藝，適用墨水粘度范圍1-10000cP，噴印精度<1μm，噴印面積≮1 m2；研發高分辨率噴印裝備原理樣機，制備包括印刷柔性TFT/RGB/TFE器件陣列、壓力/溫度傳感器、存儲/成像/波段選擇等功能集成器件。

22. 高品質金屬復合板高效制備原理與技術基礎

研究內容：針對高品質金屬復合板高效制造新方法研究，主要包括：高品質金屬復合板軋制成形原理和板形控制理論；復雜輥縫曲線下異種金屬的復合機理；高強度波紋型空間結合界面微結構及組織性能演變規律與調控機制；復合板殘余應力時空分布規律和動態調控機理；開發高品質復合板高效軋制工藝、原理樣機及成套裝備。

考核指標：揭示異種金屬板軋制的高強度復合機理，建立高品質復合板高效軋制工藝；研制出高品質復合板軋制原理及成套裝備樣機，實現雙層金屬復合板連續高效高品質軋制，包括鎂/鋁、不銹鋼/普碳鋼、鈦/不銹鋼、銅/鋁等金屬復合板等；與傳統軋制方法相比：在較小壓下率（低于50%）下，也能實現異種金屬的冶金結合，結合強度提高20%、殘

余應力減小80%、翹曲度減小80%。試制出波紋型空間結合界面的金屬復合板，寬度≥600mm，厚度3~10mm，不平度≤3mm/m，面積結合率≥98%，三向殘余應力均≤10MPa。

23. 大型復雜過流曲面構件仿生設計制造基礎

研究內容：針對下一代大涵道比航空發動機風扇葉片為主的大型復雜過流曲面構件，研究仿生設計與制造技術，主要包括：揭示大型復雜過流曲面構件流固耦合作用機制和生物低噪聲飛行與流場控制原理，提出復雜構件結構與性能協調的仿生優化調控方法與策略，研究大型復雜曲面構件的性能映射及仿生創成技術，大型復雜過流曲面構件形/性設計、材料匹配與成型制造工藝，研制出下一代大涵道比航空發動機風扇的仿生葉片。

考核指標：建立表征生物精巧結構降噪參數的物理與數學模型；構建從生物結構到大型過流曲面構件的功能映射模型，形成復雜過流曲面構件的結構仿生設計準則與理論；形成大型復雜過流曲面構件功能的材料異質異性精確匹配與可控制造；應用于下一代大涵道比航空發動機風扇新型葉片的研制，新型葉片氣動噪聲降低4dB~7dB，流動損失減小5%以上，剛度提升4%以上，強度提升5%以上。

24. 納米結構超硬材料的性能調控與精密成形加工

研究內容：以金剛石類共價材料為研究對象，發展高溫

高壓下納米結構化和復合化的綜合性能調控方法，大幅度提升超硬材料的關鍵性能指標。探索超硬材料硬化、韌化和穩定化的新原理以及新的材料體系，突破大尺寸納米結構超硬塊材合成的技術瓶頸，發展納米結構超硬材料刀具和對頂砧的精密成形加工方法，闡明該類先進刀具磨損和超精密加工機理，研發出難加工材料和復雜結構加工的變革性新技術。

考核指標：揭示多晶共價材料硬化、韌化和穩定化的物理機制，建立納米結構超硬塊材綜合性能調控的原理和技術，顯著提高硬度、韌性和熱穩定性三大關鍵性能指標：維氏硬度Hv>200GPa, 斷裂韌性KIC >20MPa·m0.5, 起始氧化溫度TOX>1000℃；設計并制備出新型納米結構超硬材料；優化大尺寸納米結構超硬塊材的合成工藝和綜合性能，塊材直徑從2mm提高到10mm；建立超硬塊材的精密成形加工原理和工藝路線，制造出納米結構金剛石先進刀具和對頂砧并開展性能評估，實現關鍵難加工材料的切削加工代替磨削加工以及復雜結構部件的超高精密切削加工。

25. 石墨炔能量轉換與催化的應用基礎研究

研究內容：深入研究和認識石墨炔的形成規律，本征性質與其結構的構效關系，闡明石墨炔特殊電子結構在新能量轉換和催化領域引發的新概念、新性質和新效應等，實現在能量轉換與催化應用領域的變革性突破。發展高效、可控石

墨炔制備新方法，實現宏量生產，獲得高質量、大面積、層數可控石墨炔薄膜。

考核指標：形成以石墨炔為基礎的新型材料體系；建立大面積、高質量單層、少層石墨炔的可控制備方法學，實現百克量級高純度（>99.9%）石墨炔材料的可控制備；揭示石墨炔的物理與化學新性質、新現象與新效應；探索石墨炔在能量轉換和催化等領域的新應用模式；構建基于高效化學鍵可逆轉換的新原理快速應變能量轉換器件；設計、高效制備石墨炔原子催化劑的新方法，獲得3類以上基于石墨炔原子催化劑，引領催化領域的變革性創新。

26. 高溫高強高熱穩定性塊體非晶合金新材料與應用基礎

研究內容：突破現有技術手段在非晶合金研制中的瓶頸，發展適合非晶合金的材料探索新方法；系統研究元素特征對非晶合金形成成分范圍的影響和非晶形成能力隨合金成分的演化規律，發展非晶合金成分設計新方法；突破現有塊體非晶合金材料的應用限于常規環境的束縛，探索高溫高強高熱穩定性的塊體非晶合金體系并進行驗證性應用。

考核指標：揭示控制非晶形成能力的主要元素特征，建立非晶合金成分設計新方法；獲得≥5個三元合金體系的、完整的非晶形成成分范圍；揭示控制非晶形成能力的主要元素

特征，建立非晶合金成分設計新方法；研制出臨界尺寸≥3mm、玻璃轉變溫度≥1100 K、過冷液相區寬度≥120 K、1000 K的機械強度≥3500 MPa的塊體非晶合金材料體系，在高溫、高壓或強腐蝕等場景中進行驗證性應用演示。

27. 二維電子材料晶圓級外延與異質界面構筑

研究內容：瞄準二維過渡金屬硫族化合物新型電子材料的晶圓級制備，突破異質結構構筑等制約其規模化器件應用的瓶頸。聚焦晶圓級二維電子材料外延和異質界面構筑的關鍵科學問題，發展二維材料進行器件構筑的變革性技術，完成超薄、柔性、透明的高性能場效應晶體管原型器件的原理性驗證。

考核指標：針對半導體溝道材料、電極和柵介質材料等構成電子器件的核心材料發展晶圓級二維電子材料制備技術，實現四英寸及以上晶圓尺度單層n型二硫化鉬和p型二碲化鉬的取向外延、石墨烯及氮化硼單晶外延；發展以上二維電子材料的晶圓尺度可控加工與異質結構構建技術，獲得原子級突變的高質量異質界面；高分辨成像與超快光譜原位結合的表征與探測技術，達到亞十納米空間尺度和亞百飛秒時間尺度的分辨率；利用全二維材料構筑場效應晶體管并實現縱向器件疊層，實現亞五納米溝道長度分立器件中的加工，完成超薄、柔性、透明的高性能原型器件的原理性驗證。

28. 高靈敏量子阱紅外探測材料與器件研究

研究內容：研究多場作用下量子阱的帶間躍遷光吸收過程，聚焦光生載流子的逃逸和抽取效率等關鍵科學問題，闡明光吸收系數增強的機理，挖掘強局域電場調控給量子阱紅外探測帶來的新物理特征和新應用潛力；建立多場操控的具有非平衡態特征的帶間躍遷量子阱紅外探測器的物理模型，研制吸收效率倍增和暗電流干擾免疫的高靈敏紅外探測器材料與器件。

考核指標：建立多場調控下帶間躍遷量子阱材料中光吸收和載流子輸運的非平衡態理論，基于新原理實現新一代帶間躍遷的高靈敏量子阱紅外探測器；突破傳統量子阱光電轉換理論的限制，大幅提高光吸收系數（比現有理論值提高50倍以上）和光生載流子逃逸率（達95%以上）；研制出基于帶間躍遷量子阱材料的紅外探測器，比現有相同波長的薄膜探測器靈敏度提高10倍以上，驗證該類器件在紅外光電轉換能力方面超越當前量子阱器件的理論極限。

29. 大面積有機微激光可控陣列技術基礎

研究內容：研究大規模制備有機光電功能材料陣列化和復雜圖案化的方法。建立界面微區浸潤性與流體分割和微區輸運之間的關系；探索在微納米尺度上對基底特定區域進行結構調整和浸潤性梯度修飾的新方法；制備定位準確、高質

量的有機單晶結構陣列，同時實現復雜單晶結構圖案化的制備。為有機激光陣列顯示技術的發展提供關鍵技術的支持，同時為未來光子集成/光電協同技術提供微結構圖形化解決方案。

考核指標：闡明相鄰晶體結構連接中的晶體融合過程，優化參數，減少在晶體連接中的過度生長，解決在大面積微結構制備過程中的溶液濃度分布均勻性問題；在微區內形成單晶結構可控，實現激光模數從單模到多模的調制；對10種以上有機激光材料進行大面積單晶陣列和復雜結構的制備；單晶結構尺寸均勻同時可控制在60μm×10μm以下；制備規模在30cm×50cm以上。

30. 密碼數學難題與密碼系統的新原理與新方法

研究內容：格最短向量問題和格最近向量問題、含噪聲有限域方程組求解、大整數分解等，發展高效求解的數學理論與量子算法；建立對稱密碼算法的新型分析理論與方法，分析主流密碼算法的安全性；研究密碼算法的量子攻擊方法，并基于格最短向量等量子計算困難問題，設計抗量子攻擊的可證明安全的密碼算法；探索深度學習算法在密碼分析與設計中的應用；針對云計算、大數據、區塊鏈等系統對密碼的重大應用需求，構建新型的密碼支撐系統。

考核指標：提出格最短向量和格最近向量、含噪聲有限

域非線性方程組求解等密碼數學難題的新的有效求解算法與相關問題的量子計算算法，計算速度實現大幅提升，或給出其量子計算復雜度；給出基于格困難問題等的公鑰密碼體制新的分析方法或安全性證明；提出對稱密碼算法的分析新模型，具有普適性，可用于一類或多類主流對稱密碼算法的安全性分析；給出密碼算法的新的量子分析模型，基于格困難問題等，構建抗量子計算攻擊的密碼體系；基于自動化搜索以及機器學習等深度學習與分析技術，提出密碼算法攻擊路線的自動化搜索方法；設計適用于云計算、大數據、區塊鏈關鍵應用需求的密碼系統，包括密文搜索、新型公鑰加密與簽名算法、高效同態加密算法、基于屬性的密碼算法、適合于風險控制的區塊鏈密碼系統等。

31. 不確定性系統智能控制的數學理論與方法

研究內容：結合工程技術領域某些典型復雜系統控制問題的背景和特點，重點研究下列科學問題的普適性數學理論和創新方法：復雜非線性不確定性系統基于數據的在線估計算法及算法性能的數學理論；復雜非線性不確定性動力系統的自適應濾波與預測的數學理論和方法；復雜環境下多自主體系統的自主規劃與分布式智能協同控制的數學算法及理論；復雜多模態非線性不確定性混雜系統智能控制與反饋能力的數學理論與方法。

考核指標：提出創新性的控制算法、建立相應的數學理論，并在航空航天或電力等高技術領域的某些典型不確定性系統中驗證其有效性。特別地，建立分布式在線優化算法和基于混雜數據的實時快速辨識算法，并建立相應的算法性能分析理論；在系統參數和邊界條件不確定情形下，構造基于多源數據的自適應預測算法，并給出預測精度的理論估計；給出不確定性環境下自主路徑規劃與分布式自適應協同的數學理論及實現算法；給出多模態多層次混雜非線性系統智能控制的理論與方法，使其能夠對付大范圍不確定性和具有邏輯演化特性或博弈行為的被控對象。

32. 金融風險的計量理論與方法

研究內容：建立基于現代隨機分析和現代概率統計理論的金融風險計量理論體系與防范技術機制，包括：基于現代隨機分析的金融市場資產定價理論和金融風險計量理論；金融風險量化方法與高性能計算；投資策略和金融風險計量的人工智能技術；基于金融大數據的金融風險計量與防范系統的設計方法與實現。

考核指標：以金融風險的計量為關鍵科學問題，構建面向金融大數據的金融風險計量與防范理論體系。提出基于現代隨機分析和非線性概率統計的各類金融風險計量的建模方法，突破計量金融市場不確定性的關鍵技術；揭示金融市

場不確定性的動態行為特征與機制、機理；揭示我國金融市場模型不確定性的行為特征與機理，研發金融風險模型驗證系統原型；揭示不確定性對系統性金融風險的影響機理，研發不確定性溢價的計量方法；突破高維資產定價模型和高維風險計量模型的計算技術，實現金融風險的系統性計量和智能監管；研發基于金融大數據的金融風險計量與防范系統的設計方法。

33. 分子可編程精準合成及其生物醫學應用

研究內容：借鑒生物大分子的程序性連接化學，發展分子可編程精準合成的新技術。設計合成具有目標活性的分子基元，研發分子基元的精準合成原理和構效關系，合成具有生物調控活性和響應的多基元功能分子，確定其納米結構，開發靶向、高效、低毒的分子影像劑和藥物，為惡性腫瘤等重大疾病的精準診斷與治療提供新技術。

考核指標：設計合成10種以上新的具有遺傳編碼、自組裝作用力、信號功能、調控活性、藥學活性等功能的分子基元；利用不同的分子基元，構建具有特定生物學功能與狀態，包括可特異性、高親合力結合靶標分子以及可行成水凝膠、膠束等納米結構和動態組裝體的多基元分子，開發多功能納米藥物；發展惡性腫瘤的超高靈敏原位活體成像新方法，研發新型分子影像劑2-3種，實現對于重要分子納摩爾

量級的活體、原位檢測能力；開發靶向、高效、低毒的新型藥物2種，在活體中實現惡性腫瘤的高特異性分配和顯著的腫瘤抑制生長活性。

34. 人體器官芯片構筑與功能化

研究內容：針對生命科學和新藥研發領域的前沿科學問題，在細胞、組織、器官和系統水平，建立功能化人體器官芯片構筑的新技術、新體系，突破現有研究手段難以模擬人體器官生理與功能特點的瓶頸問題，實現針對重要組織器官關鍵功能單元的體外多維重建，器官間作用模擬和生命大數據獲取；通過集成多參數、多維度、多模態分析手段和數字化數據輸出，系統評價與驗證人體器官芯片的生理相關性與功能，為新藥研發、毒性預測和疾病精準治療等提供科學依據和技術支撐。

考核指標：利用人源性細胞，建立符合人體重要組織器官關鍵功能特性的器官芯片體系，可集成高分辨成像、多模傳感檢測與組學分析等技術。具體包括：針對中樞神經系統、循環系統和生殖系統，建立不少于2種具有多種細胞成分、組織屏障特點和組織器官關鍵功能的人體器官芯片，實現3D組織動態培養，可模擬對外界刺激的生理響應；建立具有人體生理相關性和器官間作用的多器官芯片體系和模型算法，突破實現多器官集成的技術瓶頸；結合生物傳感、高分辨成

像和組學分析等方法，實現不少于6個指標的組織器官關鍵功能評價與并行測量；利用構筑的組織／器官芯片，針對10種以上藥物／活性化合物進行藥效／毒性評價與驗證。

35. 活體生物組織的超高靈敏譜學與成像探測

研究內容：針對生物醫學及交叉領域的前沿科學問題，發展超高靈敏、高空間分辨、無損和不受深度局限的活體生物功能分子信息的獲取、重建與可視化新方法和新技術；設計合成兼具高特異性生物功能分子識別、光熱/光聲轉換性能的多效探針，實現腫瘤的示蹤和干預，發展具有診療一體化潛能的新方法和新技術；針對體液中重要功能分子（如，核酸），發展痕量、多指標聯合并行檢測新原理和高靈敏、高通量微納芯片新技術；實現三類方法和技術的相互印證，為重大疾病生物標志物高效準確測定提供變革性新手段，為闡明重大疾病的發生發展機制提供關鍵數據和技術支撐。

考核指標：構建合成出5種超極化選擇性射頻示蹤分子，使活體分子成像靈敏度提高3個數量級，探測深度覆蓋全腦或胸腹部器官，通過欠采樣、深度學習、人工智能等技術的高度集成，使數據采集時間減半，圖譜重建時間減少1/4，活體深部器官的空間分辨達到0.5 mm；設計合成10種集高靈敏和靶向性于一體的多功能、多模態、高生物安全性的光頻或聲頻示蹤探針，探測靈敏度達到納摩爾量級，并且可選

擇性殺死腫瘤細胞；探索微納體系下痕量核酸多指標聯合并行檢測新原理與低成本分子診斷技術新方法，實現痕量核酸微流控芯片恒溫擴增、反應體積<1.5μl、檢測靈敏度達到10個核酸拷貝、檢測通道數>200。

36. 惡性腫瘤的介入精準內放療和磁熱療

研究內容：突破腔道惡性腫瘤內放療定量、可控技術難題，探索難以手術的特殊部位腫瘤的精準介入磁熱療策略。構建基于劑量-效應的125I粒子植入放射生物學理論，建立多模態影像融合與動態臟器的運動模型，實現125I粒子精準植入與手術全過程劑量學驗證、管理。綜合多模影像融合和虛擬現實導航技術，實現多模影像導引自動精準穿刺及術前仿真；發展支架-放射性粒子的自動化無人裝配技術，以及高精密驅動和多模態力/觸覺融合與反饋技術，實現主從式機器人宏微復合驅動及視覺、力觸覺等多通道操控反饋。研究精準自控溫的無毒副作用智能納米顆粒材料，發展腫瘤精準介入磁熱療技術。

考核指標：發展植入放療劑量學策略，準確描繪等劑量曲線及三維分布，實現對125I 粒子種植過程的實時快速監控與優化；發展粒子源自動、精準封裝與多模態定位、術中導航技術，實現集視覺、力觸覺等多通道信息協同反饋的機器人輔助植入；研發性能優越的自控溫智能納米顆粒（平均

直徑<50nm, 熱療溫度42-45℃，控溫精度1℃），研發腦腫瘤磁熱療樣機，建立相關技術規范；完成實體惡性腫瘤治療30例以上，至少包括20例腔道惡性腫瘤。

37. 基于鐵基超導的下一代高場磁體技術及驗證

研究內容：面向未來高能粒子加速器、可控核聚變及高場核磁成像等應用方向，基于鐵基超導基礎研究和應用基礎研究方面的優勢和材料特性，突破制約高場超導磁體變革性技術發展的瓶頸，開創鐵基超導新應用。揭示制約鐵基超導性能的微觀機理，探索面向高場應用的鐵基超導體系；通過微觀結構調控和人工引入釘扎中心等先進手段，發展高性能、高強度和高均勻的鐵基超導多芯長線制備技術；基于自主研發的鐵基超導導線，突破下一代高場超導磁體關鍵技術。

考核指標：通過對鐵基超導體磁通動力學研究，揭示磁通釘扎微觀機理，解決電傳輸弱連接問題，獲得具有優越高場應用性能的鐵基線材；發展百米級鐵基超導導線的實用化制備技術；掌握導線傳輸電流性能達6×104 A/cm2（4.2 K, 10 T）的下一代高場磁體關鍵技術，完成鐵基超導高場磁體原型樣機示范驗證。