材料基因工程關(guān)鍵技術(shù)與支撐平臺重點專項

1、“材料基因工程關(guān)鍵技術(shù)與支撐平臺”重點專項2016年度項目申報指南、指南編制專家名單、形式審查條件要求一、“材料基因工程關(guān)鍵技術(shù)與支撐平臺”重點專項2016年度項目申報指南依據(jù)國務(wù)院中國制造2025、科技部國家關(guān)鍵技術(shù)研究報告（初稿）、工程院材料系統(tǒng)工程發(fā)展戰(zhàn)略研究中國版材料基因組計劃咨詢報告、中科院實施材料基因組計劃，推進我國高端制造業(yè)材料發(fā)展、發(fā)展改革委、教育部、工業(yè)和信息化部、中科院、工程院、食品藥品監(jiān)管總局材料基因工程重點專項建議書等，科技部會同相關(guān)部門組織開展了國家重點研發(fā)計劃材料基因工程關(guān)鍵技術(shù)與支撐平臺重點專項實施方案編制工作，在此基礎(chǔ)上啟動“材料基因工程關(guān)鍵技術(shù)與支撐平臺重點專

2、項”2016年度項目，并發(fā)布本指南。本專項總體目標是：融合高通量計算（理論）/高通量實驗（制備和表征）/專用數(shù)據(jù)庫三大技術(shù)，變革材料研發(fā)理念和模式，實現(xiàn)新材料研發(fā)由“經(jīng)驗指導實驗”的傳統(tǒng)模式向“理論預測、實驗驗證”的新模式轉(zhuǎn)變，顯著提高新材料的研發(fā)效率，實現(xiàn)新材料 “研發(fā)周期縮短一半、研發(fā)成本降低一半”的目標；增強我國在新材料領(lǐng)域的知識和技術(shù)儲備，提升應(yīng)對高性能新材料需求的快速反應(yīng)和生產(chǎn)能力；培養(yǎng)一批具有材料研發(fā)新思想和新理念，掌握新模式和新方法，富有創(chuàng)新精神和協(xié)同創(chuàng)新能力的高素質(zhì)人才隊伍；促進高端制造業(yè)和高新技術(shù)的發(fā)展，為實現(xiàn)“中國制造2025”的目標做出貢獻。本專項的主要研究內(nèi)容是，構(gòu)建高

3、通量計算、高通量制備與表征和專用數(shù)據(jù)庫等三大示范平臺；研發(fā)多尺度集成化高通量計算方法與計算軟件、高通量材料制備技術(shù)、高通量表征與服役行為評價技術(shù)，以及面向材料基因工程的材料大數(shù)據(jù)技術(shù)等四大關(guān)鍵技術(shù)；在能源材料、生物醫(yī)用材料、稀土功能材料、催化材料和特種合金等支撐高端制造業(yè)和高新技術(shù)發(fā)展的典型材料上開展應(yīng)用示范。專項共部署40個重點研究任務(wù)，實施周期為5年。按照分步實施、重點突破的原則，2016年度在材料基因工程關(guān)鍵技術(shù)和驗證性示范應(yīng)用中啟動13個研究任務(wù)。所有項目均應(yīng)整體申報，須覆蓋全部考核指標。各項目所列考核指標，除發(fā)明專利和軟件為預期性指標外，其余指標均為約束性指標。所有任務(wù)研究均必須突出

4、高通量計算/高通量制備/高通量表征與評價的特點，其中任務(wù)613的研究還必須體現(xiàn)從應(yīng)用基礎(chǔ)研究、關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)到規(guī)模制備的全鏈條、協(xié)同創(chuàng)新研究的特點。所有研究項目結(jié)題驗收前，均須進行數(shù)據(jù)匯交。每個項目設(shè)1名項目負責人，項目下設(shè)課題數(shù)原則上不超過5個，每個課題設(shè)1名課題負責人，課題承擔單位原則上不超過5個。對于企業(yè)牽頭的應(yīng)用示范類任務(wù)，其他經(jīng)費（包括地方財政經(jīng)費、單位出資及社會渠道資金等）與中央財政經(jīng)費比例不低于1：1。1. 多尺度集成化高通量計算模型、算法和軟件研究內(nèi)容：研究高通量多尺度材料模擬的建模方法，開發(fā)適用于高通量計算的高置信和協(xié)同式多尺度模擬算法，包括大尺度體系電子結(jié)構(gòu)算法，多尺度動力學

5、算法，電子聲子離子協(xié)同輸運算法，微觀介觀宏觀耦合算法等，發(fā)展以第一性原理為基礎(chǔ)的量子力學熱力學動力學宏觀力學高通量集成算法理論和軟件，在并發(fā)式作業(yè)間“關(guān)聯(lián)”技術(shù)上取得突破，在熱電材料、核材料和單晶高溫合金等方面開展驗證性應(yīng)用?？己酥笜耍貉兄瞥鼍哂凶灾髦R產(chǎn)權(quán)的、集成作業(yè)數(shù)達到103量級的高通量并發(fā)式集成計算軟件系統(tǒng)（對應(yīng)于相等數(shù)量級的化學組分、結(jié)構(gòu)及其工藝條件的變化），部署于超級計算中心，實現(xiàn)對所開發(fā)/建設(shè)高通量計算軟件系統(tǒng)的開放、共享；針對23種典型材料實現(xiàn)大規(guī)模、多尺度、集成化的高通量計算，提出組合優(yōu)化設(shè)計方案；申請軟件著作權(quán)5項以上。實施年限：不超過5年擬支持項目數(shù)：12項2. 大尺寸組

6、合芯片材料制備新裝備、快速篩選新方法與關(guān)鍵技術(shù)研究內(nèi)容：開展面向?qū)嶋H應(yīng)用的大尺寸、高密度材料陣列高通量制備新方法、關(guān)鍵技術(shù)和新裝備研究，闡明化學組分與結(jié)構(gòu)連續(xù)或準連續(xù)分布薄膜或分立陣列高通量制備的科學原理，建立面向復雜體系材料高通量制備的成分與組織結(jié)構(gòu)控制方法，研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的大尺寸薄膜或分立陣列高通量制備新技術(shù)與新裝備，實現(xiàn)材料高通量可控制備和優(yōu)化篩選，在典型材料中開展驗證性應(yīng)用?？己酥笜耍航M合芯片材料樣品單元密度200/mm2（物理法）或樣品單元數(shù)100個（化學法）；開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高通量材料制備樣機2臺套以上，樣機的可控化學組分不少于3種，并在3種以上典型材料中獲得驗證；申

7、請核心發(fā)明專利10項以上。實施年限：不超過5年擬支持項目數(shù)：12項3. 高通量塊體材料制備新方法、新技術(shù)與新裝備研究內(nèi)容：開展成分和組織結(jié)構(gòu)可控的高通量塊體材料制備新方法及其科學原理的研究，開發(fā)高效制備具有不同微區(qū)成分、相結(jié)構(gòu)和組織的塊體材料新技術(shù)，研制具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新裝備，在典型的高性能材料中獲得應(yīng)用，驗證其高效性、經(jīng)濟性、可靠性和加速獲得材料成分相組織性能關(guān)系的能力，顯著提高新材料研究開發(fā)和應(yīng)用的效率?？己酥笜耍和胶铣傻亩嘟M分（3種）塊體材料樣品單元100個，樣品單元適用于表征檢測的性能3個；與傳統(tǒng)塊體材料制備方法相比，速度提高倍數(shù)與費用降低倍數(shù)比值10，樣品單元性能誤差10%；開發(fā)

8、2臺套以上高通量制備裝備或樣機，并在3種以上典型材料中獲得驗證應(yīng)用；申請核心發(fā)明專利5項以上。實施年限：不超過5年擬支持項目數(shù)：12項4. 材料成分組織結(jié)構(gòu)性能的高通量表征技術(shù)研究內(nèi)容：研究材料微觀基本單元、介觀材料、宏觀材料與實際材料的高通量表征與篩查的新原理和新方法，發(fā)展材料在合成與相變過程中的高通量表征技術(shù)，突破材料高通量表征以及材料空間位置統(tǒng)計映射表征等關(guān)鍵技術(shù)，建立材料成分、組織、性能與工藝間的相關(guān)性，開發(fā)基于離散三維成像、高通量原位統(tǒng)計表征、局域原子序或分子織態(tài)和同步輻射衍射原位實驗的表征新技術(shù)和新裝備?？己酥笜耍焊咄勘碚鞒叨葟奈⒂^的nm到宏觀的cm級；每批次表征樣品數(shù)/數(shù)據(jù)點大

9、于100；建立成分組織結(jié)構(gòu)性能映射相關(guān)性模型，模型維度不少于3維，可表征成分及相不少于10種；結(jié)合同步輻射的高通量表征技術(shù)的表征時間5s/樣品；開發(fā)2種以上具有自主知識產(chǎn)權(quán)的材料高通量表征新裝置，申請核心發(fā)明專利10項以上。實施年限：不超過5年擬支持項目數(shù)：12項5. 材料基因工程專用數(shù)據(jù)庫和材料大數(shù)據(jù)技術(shù)研究內(nèi)容：以支撐材料基因工程研究為目標，開展多層次跨尺度材料設(shè)計、高通量實驗驗證與表征專用數(shù)據(jù)庫架構(gòu)研究；開展材料復雜異構(gòu)數(shù)據(jù)整合、管理與共享技術(shù)研究和標準規(guī)范建設(shè)，研發(fā)高通量計算、高通量實驗與表征數(shù)據(jù)的高效處理與加工技術(shù)；運用云計算、大數(shù)據(jù)和機器學習等先進技術(shù)，開展多尺度材料計算與實驗數(shù)據(jù)

10、的關(guān)聯(lián)分析、材料組織結(jié)構(gòu)的高精度圖像處理、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)挖掘等研究；建成有效支撐材料基因工程研究的專用數(shù)據(jù)庫?？己酥笜耍航ǔ刹牧嫌嬎恪嶒炁c表征等復雜異構(gòu)數(shù)據(jù)有機融合的材料基因工程專用數(shù)據(jù)庫，可存儲專題數(shù)據(jù)100萬條以上，主要操作平均響應(yīng)時間3秒以內(nèi)，整合材料基因工程相關(guān)數(shù)據(jù)10萬條以上，實現(xiàn)開放共享；形成6項以上材料數(shù)據(jù)管理與服務(wù)標準規(guī)范；突破4項以上材料高通量計算、實驗與表征數(shù)據(jù)的高效處理與加工技術(shù)，3項以上材料數(shù)據(jù)分析與挖掘技術(shù)，并獲得應(yīng)用；申請核心發(fā)明專利或著作權(quán)登記10項以上。實施年限：不超過5年擬支持項目數(shù)：12項6. 基于材料基因工程的新型固態(tài)二次電池材料研究研究內(nèi)容：針對下一代固

11、態(tài)電池關(guān)鍵材料開發(fā)，建立描述電子聲子離子輸運及儲存的理論和計算方法，發(fā)展高通量計算方法及軟件平臺；計算篩選優(yōu)化適用于固態(tài)電池的高能量新型正極材料、二維電極材料、高離子電導率固態(tài)電解質(zhì)等備選材料，通過大數(shù)據(jù)分析獲得構(gòu)效關(guān)系；發(fā)展高通量制備、表征、測試平臺，對備選材料進行原理驗證；基于優(yōu)化材料，研制高性能固態(tài)原理電池，完成綜合測試；開發(fā)出新一代高性能固態(tài)二次電池樣機，通過樣機考核，推動電動汽車或者相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?？己酥笜耍簩崿F(xiàn)102級的并發(fā)式高通量計算，計算樣品量104， 篩選出3種以上材料體系；實現(xiàn)64個/批次的規(guī)模組合式制備及測試；采用新材料體系研制一種以上10Ah級固體電池，能量密度高于80

12、0Wh/L，實現(xiàn)0.5C以上倍率充放電，充放電循環(huán)次數(shù)大于2000次，容量衰減不高于20%；申請核心發(fā)明專利5項以上。實施年限：不超過4年擬支持項目數(shù)：12項7. 環(huán)境友好型高穩(wěn)定性太陽能電池材料研究內(nèi)容：利用材料基因工程思想，篩選元素及原材料，研發(fā)一類組成元素儲量豐富、毒性低、穩(wěn)定性高、具備優(yōu)異半導體性質(zhì)、效率更高的新型薄膜太陽能電池吸收層材料，設(shè)計出長電子空穴擴散長度的無機非鉛鈣鈦礦材料；采用高通量技術(shù)合成篩選的新材料，并研究其理化性質(zhì)（吸收光譜/帶隙/電子空穴擴散長度）及在光照下的溫濕度穩(wěn)定性，研發(fā)出新一代太陽能電池材料，降低太陽能發(fā)電成本并具備推廣應(yīng)用潛力。考核指標：選擇3種以上材料體

13、系，實現(xiàn)102級的并發(fā)式高通量計算，計算的樣品量104；實現(xiàn)128個/批次的規(guī)模組合式制備；在-30溫度70、5%濕度15%；加速試驗下連續(xù)光照1000小時，保持80%效率；申請核心發(fā)明專利5項以上。實施年限：不超過4年擬支持項目數(shù)：12項8. 基于材料基因工程的組織誘導性骨和軟骨修復材料研制研究內(nèi)容：研究適用于可誘導組織再生的骨和軟骨修復材料及其服役環(huán)境的理論模型、計算方法和設(shè)計軟件，發(fā)展高通量制備、表征和評價技術(shù)；利用高通量計算和實驗方法，研究材料誘導組織再生的分子機制和材料的成分結(jié)構(gòu)功能之間的構(gòu)效關(guān)系，建立生物材料計算設(shè)計可靠性的驗證評價體系和相關(guān)標準；構(gòu)建較為完備的骨和軟骨修復材料的結(jié)

14、構(gòu)、性能和服役參數(shù)數(shù)據(jù)庫，研發(fā)高性能新型骨和軟骨誘導性材料及產(chǎn)品，應(yīng)用于臨床?？己酥笜耍簩崿F(xiàn)102級的并發(fā)式高通量計算，計算篩選候選材料數(shù)104，材料制備和表征實現(xiàn)100樣品數(shù)/批次，申請核心發(fā)明專利和軟件著作權(quán)10項以上；建立骨和軟骨修復材料專用數(shù)據(jù)庫。研發(fā)2種以上具有自主知識產(chǎn)權(quán)的骨和軟骨修復材料，完成臨床研究，申請產(chǎn)品注冊證；骨誘導人工骨植入骨缺損部位1月內(nèi)新骨開始形成，半年達到自然骨強度的80%左右；軟骨誘導性支架材料可原位誘導形成軟骨組織，修復缺損部位直徑大于10mm，術(shù)后半年修復缺損。實施年限：不超過5年擬支持項目數(shù)：12項9. 基于材料基因工程的高豐度稀土永磁材料研究研究內(nèi)容：開

15、展高豐度稀土永磁材料的微磁學、相場模擬和熱力學計算等高通量計算和實驗研究，研制出新型多主相稀土金屬間化合物永磁材料，闡明相關(guān)系和成相規(guī)律，建立多主相稀土永磁材料成分、組織結(jié)構(gòu)與性能的數(shù)據(jù)庫；研究多主相稀土永磁材料的內(nèi)稟磁性設(shè)計與可控制備，以及與高豐度混合稀土元素組合和分布的關(guān)系，優(yōu)化材料的永磁性能，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，在減少對環(huán)境污染的同時實現(xiàn)稀土資源的高效、平衡和高值利用。考核指標：選擇3類以上有重大應(yīng)用需求的高豐度稀土永磁材料，微磁學、相場模擬和熱力學計算通量102，樣品量104；實現(xiàn)100個/批次的規(guī)模組合式制備；開發(fā)3類以上具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高豐度稀土永磁材料，實現(xiàn)磁能積在5MGOe（BH）m

16、ax 50MGOe范圍可調(diào)，并實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化；申請核心發(fā)明專利10項以上。實施年限：不超過4年擬支持項目數(shù)量：12項10. 基于高通量結(jié)構(gòu)設(shè)計的稀土光功能材料研制研究內(nèi)容：構(gòu)筑從材料結(jié)構(gòu)組成計算預測稀土光功能材料發(fā)光效率的理論建模和算法，建立稀土光功能材料高通量結(jié)構(gòu)設(shè)計和性能預測新方法，通過理論計算和實驗驗證，研究材料的微觀、介觀結(jié)構(gòu)對稀土光功能材料發(fā)光效率的影響規(guī)律，高通量篩選滿足應(yīng)用新要求的稀土光功能新材料體系。在此基礎(chǔ)上，通過全鏈條的材料制備、性能表征優(yōu)化及器件設(shè)計，重點研發(fā)適合半導體激光直接泵浦的新波段固體激光材料、高功率密度透明熒光塊體材料和大尺寸優(yōu)質(zhì)稀土閃爍晶體探測模塊?？己酥笜耍簩崿F(xiàn)

17、102級的并發(fā)式高通量計算，計算樣品量103；新波段固體激光材料：利用半導體激光直接泵浦，室溫工作下連續(xù)激光輸出斜率效率達到該波長激光運轉(zhuǎn)機制理論極限效率的60以上，輸出能量或功率高于現(xiàn)有材料水平或填補固體激光應(yīng)用空白；透明熒光塊體材料LED光源光效高于180lm/W1W/mm2；大尺寸優(yōu)質(zhì)稀土閃爍晶體探測模塊：光產(chǎn)額50000ph/MeV、能量分辨率4%662keV、時間衰減50ns；申請發(fā)明專利10項以上。實施年限：不超過4年擬支持項目數(shù)：12項11. 高效催化材料的高通量設(shè)計制備及應(yīng)用示范研究內(nèi)容：針對涉及國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要領(lǐng)域（如石油化工、新能源和環(huán)境治理等）的高效催化材料，通過

18、高通量計算和實驗?zāi)M驗證，研究催化材料成分結(jié)構(gòu)及共性基元反應(yīng)催化機理，構(gòu)筑從微觀到宏觀、從單元到多元的多尺度、多維度的理論建模和算法，研究成分結(jié)構(gòu)性能構(gòu)效關(guān)系，在宏觀尺度上建立從工藝到壽命的預測性理論，并構(gòu)建專用數(shù)據(jù)庫；在此基礎(chǔ)上發(fā)展出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新型高效催化材料，并實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用示范?？己酥笜耍哼x擇35類有重大應(yīng)用需求的催化材料，實現(xiàn)102級的并發(fā)式高通量計算，催化劑模型計算的樣品量105；實現(xiàn)128個/批次的規(guī)模組合式制備；建立催化劑專用數(shù)據(jù)庫；開發(fā)3類以上具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高效催化材料，催化性能全面達到同期同領(lǐng)域的國際先進水平，并實現(xiàn)工業(yè)規(guī)模裝置上的應(yīng)用示范；申請核心發(fā)明專利或軟件

19、著作權(quán)10項以上。實施年限：不超過4年擬支持項目數(shù)量：12項12. 輕質(zhì)高強合金集成計算與制備研究內(nèi)容：構(gòu)建鎂、鈦等輕質(zhì)合金專用高通量計算平臺，實現(xiàn)自動流程并發(fā)式計算，建立合金基礎(chǔ)參數(shù)數(shù)據(jù)庫，發(fā)展基于固溶、團簇、析出相、界面和晶體缺陷等基本單元強韌性設(shè)計的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)和材料設(shè)計方法，開發(fā)加工過程多場耦合條件下微觀組織和工藝缺陷模擬技術(shù)，并建立性能預測模型，實現(xiàn)典型構(gòu)件成分設(shè)計、組織設(shè)計、工藝優(yōu)化和使役性能評價的跨尺度集成計算，研制出幾種高性能合金?？己酥笜耍簩崿F(xiàn)102級的并發(fā)式高通量計算，計算篩選候選材料樣品數(shù)104；發(fā)展3種以上新型高性能合金，相比同類合金強度和伸長率提高20%，開發(fā)成本和周

20、期降低20%；實現(xiàn)2種以上典型構(gòu)件從“設(shè)計合金工藝組織性能”的全流程集成計算與仿真，并實現(xiàn)應(yīng)用示范；申請核心發(fā)明專利或軟件著作權(quán)10項以上。實施年限：不超過4年擬支持項目數(shù)：2項（針對鎂或鈦等不同種類的合金）13. 新型鎳基高溫合金組合設(shè)計與全流程集成制備研究內(nèi)容：綜合利用新材料集成計算和制備方法，預測和驗證關(guān)鍵高溫合金元素組合、合金相和晶體缺陷的形成和演變規(guī)律，揭示復雜成分高溫合金提高承溫能力和綜合性能的成分和組織結(jié)構(gòu)因素；開發(fā)組織應(yīng)力溫度等多物理場耦合計算模型，建立缺陷、變形控制與組織結(jié)構(gòu)優(yōu)化的集成控制系統(tǒng)；運用高通量計算和實驗方法，研制未來先進航空發(fā)動機及燃氣輪機等航空航天和能源領(lǐng)域需要

21、的新一代高溫合金?？己酥笜耍洪_發(fā)出104級的高通量多通道并發(fā)式計算模型，構(gòu)建出高溫合金高通量計算和評價的基本方法和數(shù)據(jù)庫，建立典型結(jié)構(gòu)件制備的多場耦合模型和全流程控制系統(tǒng)，新型鎳基高溫合金的承溫能力比第二代高溫合金提高50 以上。實施年限：不超過4年擬支持項目數(shù)：12項二、“材料基因工程關(guān)鍵技術(shù)與支撐平臺”重點專項2016年度項目申報指南編制專家名單序號姓 名工作單位職稱/職務(wù)1謝建新北京科技大學教 授2沈保根中國科學院物理研究所研究員3張國慶北京航空材料研究院研究員4徐 堅中國科學院化學研究所研究員5黃藝東中國科學院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所研究員6陳立東中國科學院上海硅酸鹽研究所研究員7賴新春中國

22、工程物理研究院材料研究所研究員8翁 端清華大學教 授9李新創(chuàng)冶金工業(yè)規(guī)劃研究院研究員10楊明理四川大學教 授11曾小勤上海交通大學教 授12段文暉清華大學教 授13祁 焱鋼鐵研究總院研究員14胡文彬天津大學教 授三、“材料基因工程關(guān)鍵技術(shù)與支撐平臺”重點專項形式審查條件要求申報項目須符合以下形式審查條件要求。1. 推薦程序和填寫要求（1）由指南規(guī)定的推薦單位在規(guī)定時間內(nèi)出具推薦函。（2）申報單位同一項目須通過單個推薦單位申報，不得多頭申報和重復申報。（3）項目申報書（包括預申報書和正式申報書，下同）內(nèi)容與申報的指南方向基本相符。（4）項目申報書及附件按格式要求填寫完整。2. 申報人應(yīng)具備的資格條件（1）項目及下設(shè)任務(wù)（課題）負責人申報項目當年不超過60周歲（1956年1月1日以后出生）。（2）項目及下設(shè)任務(wù)（課題）負責人具有高級職稱或博士學位。（3）受聘于內(nèi)地單位的外