材料基因工程關鍵技術與支撐平臺重點專項

1、“材料基因工程關鍵技術與支撐平臺”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、“材料基因工程關鍵技術與支撐平臺”重點專項2016年度項目申報指南依據(jù)國務院中國制造2025、科技部國家關鍵技術研究報告（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，科技部會同相關部門組織開展了國家重點研發(fā)計劃材料基因工程關鍵技術與支撐平臺重點專項實施方案編制工作，在此基礎上啟動“材料基因工程關鍵技術與支撐平臺重點專

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，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域的知識和技術儲備，提升應對高性能新材料需求的快速反應和生產(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、高通量表征與服役行為評價技術，以及面向材料基因工程的材料大數(shù)據(jù)技術等四大關鍵技術；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)和高新技術發(fā)展的典型材料上開展應用示范。專項共部署40個重點研究任務，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鍵技術和驗證性示范應用中啟動13個研究任務。所有項目均應整體申報，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613的研究還必須體現(xiàn)從應用基礎研究、關鍵技術研發(fā)到規(guī)模制備的全鏈條、協(xié)同創(chuàng)新研究的特點。所有研究項目結題驗收前，均須進行數(shù)據(jù)匯交。每個項目設1名項目負責人，項目下設課題數(shù)原則上不超過5個，每個課題設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)牽頭的應用示范類任務，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構算法，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“關聯(lián)”技術上取得突破，在熱電材料、核材料和單晶高溫合金等方面開展驗證性應用?？己酥笜耍貉兄瞥鼍哂凶灾髦R產(chǎn)權的、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)（對應于相等數(shù)量級的化學組分、結構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)化設計方案；申請軟件著作權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鍵技術研究內(nèi)容：開展面向?qū)嶋H應用的大尺寸、高密度材料陣列高通量制備新方法、關鍵技術和新裝備研究，闡明化學組分與結構連續(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構控制方法，研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權的大尺寸薄膜或分立陣列高通量制備新技術與新裝備，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用。考核指標：組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、新技術與新裝備研究內(nèi)容：開展成分和組織結構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、相結構和組織的塊體材料新技術，研制具有自主知識產(chǎn)權的新裝備，在典型的高性能材料中獲得應用，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系的能力，顯著提高新材料研究開發(fā)和應用的效率?？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. 材料成分組織結構性能的高通量表征技術研究內(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，突破材料高通量表征以及材料空間位置統(tǒng)計映射表征等關鍵技術，建立材料成分、組織、性能與工藝間的相關性，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；建立成分組織結構性能映射相關性模型，模型維度不少于3維，可表征成分及相不少于10種；結合同步輻射的高通量表征技術的表征時間5s/樣品；開發(fā)2種以上具有自主知識產(chǎn)權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計、高通量實驗驗證與表征專用數(shù)據(jù)庫架構研究；開展材料復雜異構數(shù)據(jù)整合、管理與共享技術研究和標準規(guī)范建設，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；運用云計算、大數(shù)據(jù)和機器學習等先進技術，開展多尺度材料計算與實驗數(shù)據(jù)

10、的關聯(lián)分析、材料組織結構的高精度圖像處理、非結構化數(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?、實驗與表征等復雜異構數(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，主要操作平均響應時間3秒以內(nèi)，整合材料基因工程相關數(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，3項以上材料數(shù)據(jù)分析與挖掘技術，并獲得應用；申請核心發(fā)明專利或著作權登記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)分析獲得構效關系；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產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。考核指標：實現(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用潛力?？己酥笜耍哼x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、計算方法和設計軟件，發(fā)展高通量制備、表征和評價技術；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構功能之間的構效關系，建立生物材料計算設計可靠性的驗證評價體系和相關標準；構建較為完備的骨和軟骨修復材料的結

14、構、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，闡明相關系和成相規(guī)律，建立多主相稀土永磁材料成分、組織結構與性能的數(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. 基于高通量結構設計的稀土光功能材料研制研究內(nèi)容：構筑從材料結構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構設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、介觀結構對稀土光功能材料發(fā)光效率的影響規(guī)律，高通量篩選滿足應用新要求的稀土光功能新材料體系。在此基礎上，通過全鏈條的材料制備、性能表征優(yōu)化及器件設計，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計制備及應用示范研究內(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、高通量計算和實驗模擬驗證，研究催化材料成分結構及共性基元反應催化機理，構筑從微觀到宏觀、從單元到多元的多尺度、多維度的理論建模和算法，研究成分結構性能構效關系，在宏觀尺度上建立從工藝到壽命的預測性理論，并構建專用數(shù)據(jù)庫；在此基礎上發(fā)展出具有自主知識產(chǎn)權的新型高效催化材料，并實現(xiàn)工業(yè)化應用示范?？己酥笜耍哼x擇35類有重大應用需求的催化材料，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)權的高效催化材料，催化性能全面達到同期同領域的國際先進水平，并實現(xiàn)工業(yè)規(guī)模裝置上的應用示范；申請核心發(fā)明專利或軟件

19、著作權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計的數(shù)據(jù)挖掘技術和材料設計方法，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，并建立性能預測模型，實現(xiàn)典型構件成分設計、組織設計、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種以上典型構件從“設計合金工藝組織性能”的全流程集成計算與仿真，并實現(xiàn)應用示范；申請核心發(fā)明專利或軟件著作權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構因素；開發(fā)組織應力溫度等多物理場耦合計算模型，建立缺陷、變形控制與組織結構優(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，建立典型結構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、“材料基因工程關鍵技術與支撐平臺”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)結構研究所研究員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、“材料基因工程關鍵技術與支撐平臺”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. 申報人應具備的資格條件（1）項目及下設任務（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）項目及下設任務（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