问题类型
全部 前沿科学问题 工程技术难题 产业与技术问题
学科领域
全部 数理化基础科学 生命健康 地球科学 生态环境 制造科技 信息科技 先进材料 资源能源 农业科技 空天科技 其他
征集年度
全部 2024 2023 2022 2021 2020 2019 2018
氢能 质子交换膜燃料电池 运输 低铂 低成本
当前质子交换膜燃料电池（PEMFC）技术水平（包括功率密度、寿命、能量转换效率、低温启动性能等）均已满足车用要求，然而其成本居高不下，成为限制车用燃料电池动力系统商业化与规模化应用瓶颈。为了降低燃料电池成本，关键是大幅降低电极中铂基催化剂用量，然而催化剂载量的不断降低会牺牲电池性能与寿命。因此，如何突破低铂、低成本车用燃料电池电堆关键技术，解决成性能、寿命与成本之间的矛盾是当务之急。此外，燃料电池催化剂、碳纸、气体扩散层等关键材料主要依赖进口，进一步推高了我国燃料电池系统的成本，如何突破低铂、低成本车用燃料电池关键材料批量化制备技术，实现完全自主的国产化替代，构建完整的燃料电池产业链，对于我国燃料电池技术发展至关重要。
推荐机构： 中国汽车工程学会
2023年度
水库群 运行期 汛限水位 联合优化
汛限水位是水库在汛期允许兴利蓄水的上限水位，在防洪中具有法定地位，是协调水库防洪与兴利的关键参数，直接影响水库效益发挥。近年来，水旱灾害防御和应急管理部门强化底线思维，加强了水库汛限水位的监管工作，出现了一些过度强调汛期水库运行水位不得超过汛限水位的情况，导致相当多的水库面临汛期大量弃水、汛后又无水可蓄的窘况。在加大了防洪安全的保障度的同时，不利于发挥水库的综合利用效益。 据文献调研，西方发达国家水库设计和监管都没有专门设置汛限水位这个特征参数。设计水库水位（库容）分别为死水位（死库容）、最低消落水位（缓冲库容）、正常蓄水位（兴利库容）、防洪设计水位（防洪库容）。水库业主依据法律法规和水文气象预报信息，在确保大坝和防洪安全的前提下运行调度，获取水库综合利用效益并承担事故赔偿风险。 我国地处亚洲季风区，水资源时空分布不均，不仅洪涝灾害频发，同时又是一个严重缺水的国家。近年来，我国许多省份发生旱情，特别是2022年长江流域发生历史性特大干旱，全国共有5245.2万人次受灾，因旱需生活救助758.5万人次，农作物受灾面积6090.2千公顷，直接经济损失512.8亿元，给社会经济造成了较大影响，引起社会各界的高度关注，也促发水利行业深入思考如何更好地发挥已建众多大型水库群的水资源综合利用效益。 根据《2022年度长江流域水工程联合调度运用计划》，长江流域纳入联合调度的水工程共计111座，其中：控制性水库51座，总调节库容1160亿立方米、总防洪库容705亿立方米。我国汛期洪水约占全年总径流的64%，目前仅其中的50%被调控，因此洪水资源化潜力巨大。 洪水资源化是针对传统水利与做法而提出的兴利与除害结合、防洪与抗旱并举的治水理念在新时期的一个具体体现，该概念的提出具有崭新的时代特征，是治水思想在实践中不断开拓创新的理论结晶。 目前，经过几十年的科技攻关和技术进步，我国的水文气象监测预报、通讯、水库调度决策水平已经处于国际前列。随着具有预报、预警、预演、预案功能的智慧水利体系和数字孪生流域的持续构建，可以为水库汛期水位动态控制、联合优化调度提供强有力的技术支撑。具体体现在：(1)我国气象监测预测预报水平不断提高。2022年４月20日，中国气象报报道：“2021年，我国强对流天气预警时间提前至40min，暴雨预警准确率达到90％。气象预报业务体系不断完善，多种以精准、及时为特点，全面应用新技术的预报产品实现业务化。从短时临近预报到短期预报再到中期和延伸期预报、气候预测，预报预测业务体系全方位升级，小到捕获雷暴大风动态，大到预测未来天气趋势，无缝隙预报预测能力正逐渐增强”。(2)我国水文监测预报水平不断提高。我国南方主要江河的洪水预报精准度由80％提升到90％以上，北方主要江河的洪水预报精准度由50％提升到70％以上。水利部现在可获取未来7d以上的降雨数值预报，通过与洪水预报系统耦合，可制作未来10d的洪水预测预报，能有效提高未来2d的预报精度，未来3-5d的预测成果可用来研判未来江河洪水发展趋势。(3)调度决策信息化水平不断提高。通过国家防汛抗旱指挥系统工程等重大项目建设，基本建成了大江大河洪水预报体系，编制了100座防洪骨干大型水库和33处重点蓄滞洪区的洪水预报方案，支撑了大江大河重点水利工程的科学调度。气象水文监测、预报防洪调度能力和服务水平的提高，大大强化了防汛抗旱信息采集、传输、处理的及时性、可靠性，提高了洪水预报预警的准确性、时效性，提升了防灾减灾调度指挥决策的科学性、主动性。 另一方面，现有的水库调度、水库群联合调度及汛期运行水位动态控制技术，均源于单库的汛限水位设计与运用研究成果，存在未考虑上游水库调蓄影响、调度控制脱节、响应速度慢等问题，不能有效支撑洪水资源化相关需求。 现有的水库群联合调度及汛期运行水位动态控制技术主要基于水文、气象等预报信息和水库补偿特性，在确保水库及下游防洪安全条件下，充分利用水库防洪与兴利的重叠库容，提高水库的综合效益和水资源利用率。主要集中于三个方面:一是通过预报调度方式抬高汛限水位，二是汛限水位动态控制，三是水库群防洪库容的分配。 大型水库群联合调度的关键技术是如何实现防洪、发电、水资源高效利用的多目标联合调度问题，由于优化状态搜索规模相应也极大，更易引发维数灾等问题，现有方法尚很难直接对其进行建模高效求解。 通过水库群运行期汛限水位联合优化调度技术充分发挥大型水库群联合运行调度作用，实现洪水资源化，在不降低原有防洪标准的前提下，提高水库汛末的蓄满率，可有效权衡防洪和抗旱之间的矛盾关系，缓解区域性严重缺水的状况，实现综合利用效益的最大化；另一方面，可充分利用现有的水利工程条件，完善调度方案和操作规程，达到防洪减灾、减少弃水、增加供水的目的，是实现水利发展的一条非工程措施，为加快水利发展提供“软实力”。 综上所述，本问题的研发是面向水旱灾害防御、水电清洁能源、水资源综合利用以及水生态环境保护的重大国家需求，具有重大的理论意义和工程应用价值。 近年来，水旱灾害防御和应急管理部门强化底线思维，加强了水库汛限水位的监管工作，出现了一些过度强调汛期水库运行水位不得超过汛限水位的情况，导致相当多的水库面临汛期大量弃水、汛后又无水可蓄的窘况。在加大了防洪安全的保障度的同时，不利于发挥水库的综合利用效益。 近年来，我国许多省份发生旱情，特别是2022年长江流域发生历史性特大干旱，给社会经济造成了较大影响，引起社会各界的高度关注，也促发水利行业深入思考如何更好地发挥已建众多大型水库群的水资源综合利用效益。 目前，经过几十年的科技攻关和技术进步，我国的水文气象监测预报、通讯、水库调度决策水平已经处于国际前列。随着具有预报、预警、预演、预案功能的智慧水利体系和数字孪生流域的持续构建，可以为水库汛期水位动态控制、联合优化调度提供强有力的技术支撑。 但现有的水库调度、水库群联合调度及汛期运行水位动态控制技术，均源于单库的汛限水位设计与运用研究成果，存在未考虑上游水库调蓄影响、调度控制脱节、响应速度慢等问题，不能有效支撑洪水资源化相关需求。 大型水库群联合调度的关键技术是如何实现防洪、发电、水资源高效利用的多目标联合调度问题，由于优化状态搜索规模相应也极大，更易引发维数灾等问题，现有方法尚很难直接对其进行建模高效求解。 通过水库群运行期汛限水位联合优化调度技术充分发挥大型水库群联合运行调度作用，实现洪水资源化，在不降低原有防洪标准的前提下，提高水库汛末的蓄满率，可有效权衡防洪和抗旱之间的矛盾关系，缓解区域性严重缺水的状况，实现综合利用效益的最大化；另一方面，可充分利用现有的水利工程条件，完善调度方案和操作规程，达到防洪减灾、减少弃水、增加供水的目的，是实现水利发展的一条非工程措施，为加快水利发展提供“软实力”。 综上所述，本问题的研发是面向水旱灾害防御、水电清洁能源、水资源综合利用以及水生态环境保护的重大国家需求，具有重大的理论意义和工程应用价值。
推荐机构： 中国水利学会
微纳器件 微纳尺度 非线性效应 尺度效应
非线性效应是前沿科学和工程技术中广泛存在的现象，在各学科都得到了深入的研究。然而，随着更小尺寸的人造体系不断涌现，人们对于非线性效应的已有认识，到微米纳米甚至更小的尺度是否仍然适用？非线性效应是否会出现新的体现形式，带来新的非线性现象？
推荐机构： 中国微米纳米技术学会
作物栽培 无人化 绿色 优质丰产
根据我国农业生产劳力持续减少、土地流转与规模化经营加速、全程田间作业要求更为高效舒适的大趋势，围绕大田作物绿色优质丰产目标，以大田作物栽培“无人化”作业技术为核心，配套无人机飞防高效植保技术、智能远程控制灌溉技术和智能精准“无人化”收获技术，创建大田作物生产“无人化”作业技术体系，解决未来粮食“怎么种、靠谁种”的技术问题，推动粮食生产由机械化向“无人化”新跨越。
推荐机构： 中国作物学会
超快动力学 阿秒电子显微 阿秒时间分辨率 皮米空间分辨率
电子显微镜可以深入了解物质的最小细节，例如可以揭示材料的原子结构、蛋白质的结构或病毒颗粒的形状。然而，自然界中的大多数材料都不是静止的，而是一直在相互作用、移动和重塑。比如光与物质之间的相互作用在植物、光学元件、太阳能电池、显示器或激光器中普遍存在，其相互作用的内在本质是由光场驱动的电子运动所决定的，发生在飞秒（10-15秒）甚至阿秒（10-18秒）的超快时间尺度上以及皮米（10-12米）的超小空间尺度上。因此，为了对复杂材料中功能的微观粒子起源进行直接可视化，需要同时具备“皮米空间分辨率”与“阿秒时间分辨率”的阿秒电子成像技术，从而实现对原子、电子的运动及其相互作用规律的实时、实空间观测。然而，目前超快电子成像技术受到发射度大、亮度低、以及时间抖动、光发射电子固有的能量弥散等限制难以突破飞秒-纳米级时空分辨瓶颈。这些难题的解决可提供原子、电子在本征尺度上的微观动力学直接时空成像，将有力推动我国基础物理、新型光电子器件、超快化学、生物安全 、量子科学、清洁能源等重要科技前沿领域的发展，为我国基础研究的原始创新突破提供有效支撑。
推荐机构： 中国光学工程学会
冲击地压煤层 智能防冲 主动解危 卸压开采
煤炭是我国能源安全的“压舱石”，冲击地压已成为制约我国煤矿安全生产和产能释放的头号杀手，而且随着开采深度的不断增加，其影响越发凸显，将严重影响我国能源战略安全和国民经济持续健康发展。因此，如何突破冲击地压煤层开采技术瓶颈，实现安全、智能、高效开采是迫切需要解决的关键工程技术难题。
推荐机构： 中国煤炭学会
生殖干细胞移植 种质创制 基因编辑 表观基因编辑 靶向多肽
生殖干细胞移植是制备单性种质的前沿育种技术，然而供体生殖干细胞系难于长期培养、受体内源性生殖干细胞不易全部清除、传统移植方式存在非定向性迁移等诸多影响因素，限制了该技术在养殖鱼类单性种质创制中的广泛应用。建立“跨层级基因编辑介导生殖干细胞靶向移植”的育种技术体系，将有效提升生殖干细胞移植的效率，促进该技术在养殖鱼类单性种质创制中的广泛应用，为养殖鱼类单性种质规模化创制提供新思路。
推荐机构： 中国农学会
废盐 化工 利用 有机物
有机污染化工废盐是废盐中最常见、处理难度最大的一类可溶性固体废物，普遍具有废物和资源的双重属性。在我国，以煤化工、精细化工等为代表的化工行业产生的有机污染废盐年产生量已近1500万吨，而且还在以20%以上的速度增长。这类废盐以钠盐为主，其中硫酸钠、氯化钠及二者的混合物在有机污染钠盐中占比超90%，同时还伴生有重金属、有毒难降解有机物、硝酸根等国家重点控制的污染物。废盐中的多种有害杂质不仅会直接危害人类健康，若处理不当，还会导致地表水、地下水污染，土壤污染，甚至导致土地盐碱化、生态环境恶化。因此，如何高值利用化工废盐，对减少氯化钠、硫酸钠等原生资源开采，预防土壤、地下水和地表水二次污染意义重大。
推荐机构： 中国环境科学学会
纤维 复合材料 表界面 科学
高性能纤维及复合材料以其高性能、轻量化等优点，国际上已经在航空航天等高端领域大量应用，并正加速向汽车、轮船、轨道交通等领域，以及自行车、球拍等应用领域扩散。高性能纤维及复合材料的表面界面，对材料的制备工艺、产品性能以及应用等具有重大影响。我国在高性能纤维及复合材料的表面界面的基本科学问题方面的研究滞后于应用研究，由于缺乏理论指导材料性能的提升与功能化进展缓慢，阻滞了进一步应用发展。在高端领域关键材料尚不能实现国产化替代，仍存在“卡脖子”技术。美国、日本、西欧等在尖端产品领域对我国实施产品禁运与技术封锁，严重影响了我国在这些领域的技术进步与产业发展。 我国在高性能纤维及复合材料的基础科学问题研究突破不足、积累不够，生产装备及工艺落后于发达国家，高性能纤维及复合材料的综合性能相对不高且成本较高，导致其严重依赖进口。
推荐机构： 中国科学学与科技政策研究会
空气动力学 非平衡 多尺度 气体与物面作用
100km~200km上层大气层是人们一直想利用而没有利用到的空域，这一空域大气密度极低，在传统的空气动力学理论下，不足以产生维持其在该空域飞行的升力，又存在不可忽视的阻力。这种现状的根本原因是相比于传统的空气动力学，上层大气空气动力学发展缓慢，不足以支撑这一空域飞行器发展的需求。相比传统意义下的空气动力学，上层空气动力学流动的非平衡效应更加显著，具有强烈的多尺度特征，低密度环境导致物面的影响传播得更远，多场耦合效应更加严重。一旦取得突破，将带来颠覆性影响，做到100km~200km上层大气层空域的有效利用，带动地球测绘等关系民生的重大科技进步，填补在此空域飞行的飞行器空白。
推荐机构： 中国空气动力学会
