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征集年度
全部 2024 2023 2022 2021 2020 2019 2018
高纯稀土化合物 高纯稀土金属 提纯 工程化
稀土元素因其特殊的4f亚层电子结构，呈现出丰富而独特的磁、光、电、催化等功能性质，被誉为“现代工业维生素”和“21世纪新材料宝库”，已成为全球公认的重要战略资源。高纯稀土材料作为稀土功能材料的基础物质保障，可以确保从原子、电子层次研究稀土材料组织结构与性能关系，体现稀土元素本征性质。随着稀土在高科技领域的开发应用研究不断取得重大突破，稀土功能材料对稀土材料的纯度提出了更高的要求。例如大功率光纤激光器要求镱等稀土化合物纯度达到5N-6N；闪烁晶体要求镧、铈等稀土卤化物纯度大于4N且水、氧含量<50ppm；集成电路、5G通信等用高纯稀土金属靶材要求稀土金属纯度达到4N5以上。另外，不同应用对高纯稀土材料中的痕量杂质要求提出特殊要求。 稀土元素之间结构、物化性能相似，分离系数小；且碱土、过渡族金属与稀土某些性质非常相似，提纯难度大。国外以日本、美国、英国为主，掌握了高纯稀土材料制备核心技术，稀土化合物纯度达到5N~6N，稀土金属提纯达到4N5~5N级，并实现稳定批量，但其技术和超高纯稀土产品均对我国严格封锁。 目前，我国在高纯稀土制备方面与国外还存在较大差距。例如，在稀土化合物方面，国内可以大规模生产3N-4N稀土氧化物，但5N稀土氧化物仅少数厂家生产，大部分杂质元素如Fe、Al、Ca、Si等含量难以控制到1ppm以下；国内高纯稀土卤化物尚处于产业化起步阶段，仅基本掌握4N级高纯无水稀土卤化物制备技术，产品种类少，水、氧杂质含量难以控制到50ppm以下，敏感放射性杂质含量缺乏有效控制手段；在稀土金属方面，我国近年来实现了16种4N级超高纯稀土金属提纯技术的突破，并开展4N5级高纯稀土金属的提纯技术研究，但对于高端应用场景，现有的技术手段对于ppb级的痕量杂质去除效果差，生产效率低、成本高，4N5级高纯稀土金属难以批量化生产。 为保障我国高端装备、电子信息、国防军工等领域关键核心材料的自主可控，针对目前高纯稀土提纯工艺流程复杂，装备规模小、提纯效率低、制备周期长等问题，如何解决稀土基体中痕量杂质的高效分离问题，突破5N~6N超高纯稀土化合物、4N5~5N级高纯稀土金属工程化制备技术和关键敏感杂质痕量去除技术，开发精准控制的大型高效提纯新装备是亟待解决的重大工程技术难题。 稀土元素之间结构、物化性能相似，分离系数小；碱土、过渡族金属与稀土某些性质非常相似，提纯难度大。国外以日本、美国、英国为主，掌握了高纯稀土材料制备技术，且对我国严格封锁，稀土化合物纯度达到5N~6N，稀土金属提纯达到4N5~5N级，并实现稳定批量。国产稀土化合物及金属产品纯度及规模化制备水平仍低于国外。为保障我国高端装备、电子信息、国防军工等领域关键核心材料的自主可控，针对目前高纯稀土提纯工艺流程复杂，装备规模小、提纯效率低、制备周期长等问题，开发5N~6N超高纯稀土化合物、4N5~5N级高纯稀土金属批量稳定制备技术和关键敏感杂质痕量去除技术，开发精准控制的大型高效提纯新装备是亟待解决的重大工程技术难题。
推荐机构： 中国有色金属学会
2023年度
新能源废料 二次资源 有价金属 清洁利用
“十四五”针对国家战略新兴产业体系构筑明确指出加快发展新能源产业、深入推进资源循环利用。然而发展相应产业需求的主要关键资源对外依存度高，面临严重的资源供给、需求不平衡的问题，比如钴、锂、镍、铜、铝的对外依存度依次为90%、70%、86%、73%、45%。针对能源废料而言，我国废旧动力电池和光伏废料占比高达80%。根据全球能源互联网发展合作组织发布的《中国2060年前碳中和研究报告》测算，2035年我国新能源汽车数量达到1.6亿量，光伏装机量达到15亿千瓦。相应的，每年退役动力电池、报废光伏板组件分别达到约300万吨、105万吨。新能源废料物质组成与相应产品相同，因而含多种有价组分，资源回收价值极高。以光伏固废为例，晶体硅光伏组件中玻璃、铝和半导体材料比重可达92%，另外还含1%左右的银等贵金属。若能全量回收，到2030年，可从废弃光伏组件中得到145万吨碳钢、110万吨玻璃、54万吨塑料、26万吨铝、17万吨铜、5万吨硅和550吨银。而薄膜光伏组件中含有的碲、铟、镓等稀贵金属，主要依赖国外进口，因此其高效回收利用不仅具有巨大的经济效益，同时有利于减少相关资源的进口依赖，防范原材料供给风险，对保障国家资源安全具有重要战略意义。 新能源废料兼具资源和环境危害双重禀赋，利用不好或处理不当不仅会加剧关键金属供给风险，也会对生态环境造成威胁。在《斯德哥尔摩公约》、“水十条”、“气十条”等要求严格污染物排放限制下，新能源废料处置不当所造成的严重环境和安全风险也亟需解决。光伏组件达到寿命年限后如果不妥善回收处理，直接掩埋，既占用大量的土地，同时组件所含有的Ag、Cu、Sn等重金属又会对土壤、地下水造成污染；进行焚烧，则会释放二氧化硫、氟化氢等有毒有害气体。因此，退役光伏组件的资源化利用是光伏产业实现绿色闭环的“最后一公里”。针对废动力电池而言，其主要环境和安全隐患如下：（1）赋存二类重点防控重金属：Ni2+、Cu2+、Mn2+、Co2+等；（2）产生有机危废：有机氟/磷电解液、DMC等酯类废有机溶剂；（3）存在极大安全风险：残余能量高、电压高（>300 V）。因此，亟待推进新能源废料的清洁高值化利用。围绕新能源废料清洁高值化利用，各国做出了相应的行动。日本4R ENERGY针对新能源废料开展“全部清洁化”战略和退役电池回收专项行动。欧美启动了Horizon 2020和动力电池回收专项；美国能源部ReCell电池回收研究中心将锂、石墨、钴和镍列为“关键矿产”；我国由国务院印发的《2030年碳达峰行动方案》提出，推进退役动力电池、光伏组件等新兴产业固废循环利用。 当前，新能源废料处理主要依赖传统冶矿原理，以高价值金属回收为目标，主要流程为新能源废料经过预处理分选（破碎、分选）后，利用湿法或火法工艺进行金属提取，得到初级产品。光伏固废主要存在废光伏电池板、废硅粉、废硅渣三种类型。Veolia通过机械自动拆解回收，铝框、玻璃、硅片、塑料和剩余金属分类处理，回收率达到95%（智能拆解细节未对外公布）；SiC Processing利用切割液回收PEG和SiC，硅粉堆存；易成新能将切割粉熔炼制备工业硅，硅的回收率达到50%；在国内,回收产业尚处于起步阶段，大多企业则主要通过人工分拣，单质硅回收率低于30%。废锂电池的处理则以Umicore、格林美、赣锋锂业处理技术为主。Umicore采用火法回收镍钴，制备镍钴合金；格林美通过干法、湿法回收钴酸锂电池，制备球状钴粉；赣锋锂业采用干法、湿法回收锂，制备碳酸锂、电池级氯化锂。以上技术存在问题也较为突出：（1）分选过程微量、分散状态的金属流失严重；（2）除杂分离流程复杂；（3）多回收成初级产品，造成回收资源利用功能降级；（4）伴生元素利用率低、二次污染严重。以废动力电池处理为例，主要分为两条路线：其一、废动力电池→拆解→前处理（电解液分解、废气排放）→破碎/分选（铝、铜）→黑粉→浸出（浸出渣）→萃取（镍钴盐）→含锂废液→沉锂（废水）→锂盐；其二、废动力电池→拆解→火法冶金（含Li、Al、Fe重金属废渣）→Ni/Co/Cu粗合金→浸出（浸出渣）→萃取（镍钴盐）→含锂废液→沉锂（废水）→锂盐。以上路线中破碎分选过程物料混杂，造成分选率低，产品纯度差；火法冶金过程Ni/Co/Cu合金回收率在70~80%，Li/Al/Fe重金属废渣则未回收；湿法冶金过程虽然Ni/Co回收率达到85%，但是Li的回收率只有50%左右，并且存在回收路径长；此外，整个回收过程存在严重的三废排放的问题：重金属废渣（火法~1.5t、湿法0.6t废渣/t电芯）、废水（20~40t废水/t电芯）、氟/磷废气排放强度高。 新能源废料是高纯原料制造的人工矿物（以废旧动力电池和光伏废料为主），具有典型的宏观组成非均匀、复杂，组元均匀、高纯，组元间结合方式多样，并且含有多种毒性物质。针对宏观多样-介观高纯-微观复杂的新能源废料亟需废料短流程-高值化-清洁利用理论和方法。 “十四五”针对国家战略新兴产业体系构筑明确指出加快发展新能源产业、深入推进资源循环利用。新能源产业发展的主要关键资源对外依存度高。因此，新能源废料等二次资源对资源供给安全意义重大。新能源废料易造成严重的环境和安全风险，亟待推进新能源废料的清洁高值化利用。典型新能源废料处理过程依赖传统冶矿原理，以高价值金属回收为目标，存在金属流失严重、流程复杂、回收产品功能降级、伴生元素利用率低、以及二次污染严重等问题。针对新能源废料宏观组成非均匀、复杂，组元均匀、高纯，组元间结合方式多样，以及含有多种毒性物质的典型特征，亟需发展宏观多样-介观高纯-微观复杂的新能源废料短流程-高值化-清洁利用理论和方法。
推荐机构： 中国化工学会
作物遗传 土壤环境 全球变化 农业资源
当今和未来很长时间内，人类活动强烈、快速且持续性地影响全球气候环境，包括大气中温室气体（如二氧化碳、甲烷和氧化亚氮）的浓度增加、平均气温的上升、极端天气事件的增加，以及由此带来的土壤环境和动植物物种分布等变化。 土壤和温光环境是植物生长发育及其演化适应的基础。气候变化对农业生产的影响包括（1）降雨和温度变化：气候变化可能导致降雨分布和数量的变化以及温度的升高，从而影响农作物的生长和产量；（2）土壤质量下降：气候变化可能导致土壤质量下降，影响农作物的生长和产量；（3）水资源不足：气候变化可能会导致水资源的不足，对农业生产造成威胁。因此，利用最新的生物和环境技术手段，解析农作物基因与环境互作的分子与遗传机制，一方面是预判未来作物适应环境变化的基础前沿科学问题，另一方面也可以用于相应的作物未来设计育种。
推荐机构： 中国植物营养与肥料学会
高性能 低成本升级 自主可控 系统芯片
伴随美国对中国贸易战的不断升级，美国对关键高端芯片的限制越来越严格，交货时间不断延长，芯片价格不断上涨，部分高端芯片甚至直接禁运，给我国各行业的产业升级改造带来众多困难。与此同时，美国对中国芯片（尤其是先进工艺制程的高端芯片）的设计制造能力进行全面封杀，通过使用先进工艺提高自主可控芯片整体性能的进程严重受阻。如何在现有较为落后但自主可控的国产工艺上设计并制造高性能的芯片成为亟需解决的现实问题。传统的产业升级模式需要在每一代升级时更换硬件设备和软件，带来极大的升级成本（包括时间成本和资源消耗成本）。如果面向行业需求定制一种SoC芯片，能够兼顾高性能和可编程的灵活性，实现在未来一代或多代的产业升级时不需要更新硬件只需要更新软件，将会产生显著的“降本增效”的效果。因此，现阶段我们亟需破解“如何发展面向高性能和低成本行业应用升级的自主可控SoC芯片？”这一重要的产业技术问题。
推荐机构： 中国图象图形学学会
磁单极子 大统一理论 轴子 暗物质
磁单极子以及轴子等新粒子，是目前对于超出粒子物理标准模型新物理搜寻的主要目标之一，是粒子物理领域的重大科学前沿问题。过去几十年通过众多的实验手段，国际上相继开展了多个搜寻实验，都还没有发现这些新粒子的迹象。在深空环境中利用新型探测手段对于这些新粒子的搜寻，将能提高对于此类新粒子探测的灵敏度，填补空白。
推荐机构： 中国科协创新融合学会联合体
阵列天线 薄膜技术 星载 轻质
空间天线是航天器的千里眼及顺风耳，新一代卫星对星载天线提出了更大尺寸、更高性能天线的迫切需求。阵列天线具有波束灵活、抗干扰能力强等特点，是未来空间天线技术的重要发展方向，在空间微波遥感、雷达、通信以及空间电站无线能量传输等领域有着广泛的发展前景。 阵列天线的性能直接与天线有效口径相关，天基SAR等任务往往需要数十平米以上，甚至上千平米的阵列天线。但是由于火箭上行包络的限制，以传统刚性材料为主要结构的阵列天线，面临重量重、收拢包络尺寸大等一系列困难，极大的限制了星载大型和超大型阵列天线的在轨应用。而薄膜技术是解决上述问题的有效手段，薄膜天线具有面密度低、收拢体积小、展开方式灵活和成本低等优点，容易实现更高面质比的阵列天线，已成为国内外星载天线领域的研究热点及难点。星载薄膜阵列天线的开发，面临高性能材料、高效率传热和芯片化微波组件等一系列工程难题，已成为制约我国星载阵列天线发展的关键问题。
推荐机构： 中国宇航学会
载人火星 推进 核动力 航天器
载人火星探测是一项艰巨的任务，以往的研究方案多以低速度增量需求的长期火表停留任务为主，增加了航天员在轨长期驻留的风险挑战，因此开发快速往返技术是安全实现载人火星任务的最基本要求。采用先进推进技术，降低发射重量，提高推进效率是快速往返的必然选择，但目前工程实施难度大。需通过顶层设计规划，选择合适出发窗口，进行轨道设计与优化，决策推进技术途径，攻关关键技术，开展在轨演示验证，形成载人火星快速往返能力。
路基工程 多灾种 风险评估 性能保持
川藏铁路超高宽幅站场路基灾变风险评估与长期性能保持是关系到工程全生命周期建设与运营的技术难题，超高宽幅站场路基功能分区多，长期稳定与空间变形演化十分复杂。该难题致力于构建板块挤压、高原隆升、气候变化和工程扰动等内外动力作用下超高宽幅站场路基灾变风险评估与性能保持的理论与技术体系，阐明川藏地区多灾种综合风险内涵与形成机制，量化区域多灾种危险性、承灾体脆弱性和恢复力，实现多灾种、全要素、多层级的综合风险动态模拟与评估，突破多灾种多尺度多物理场的超高宽幅站场路基灾害全过程分阶段风险评估技术瓶颈，有助于支撑川藏铁路等重大工程高起点高标准高质量建设、贯彻落实“交通强国”战略。
推荐机构： 中国地震学会
生殖衰老 卵母细胞 胚胎 病理生理机制
人类社会正面临着人口老龄化和生育力下降的严峻挑战。孕产妇年龄增长和与年龄相关的生育率下降是现代生殖医学面临的全球性挑战。卵母细胞、胚胎与子宫生理性衰老及病理性发育异常是导致女性生殖衰老、更年期、后代不育、妊娠并发症和出生缺陷发生的关键因素。目前，减缓卵巢功能的丧失延长生育周期是生殖医学中最大的挑战之一。以动物模型进行的抗氧化剂研究（如褪黑素、NMN、BGP-15等）、纤维化抑制和血管新生抑制研究，距离临床的转化还有很大的距离。针对女性生殖衰老的生理病理机制，有以下科研重点问题：（1）卵母细胞及胚胎发育衰老过程中表观遗传变化，包括RNA修饰（m6A、 ac4C、Ψ等）、组蛋白修饰（H3K4me3、H3K9me3和H3K27me3等）、DNA甲基化及蛋白翻译后修饰，结合抑制剂及激活剂筛选新型衰老延缓药物；（2）衰老卵母细胞及胚胎非整倍体发生机制，筛选参与调控染色体精准分离的关键因子并进行结构解析；（3）高级DNA结构（包括G四联体、Z-DNA结构等）在衰老卵母细胞和胚胎发育中的变化特征及功能机制；（4）生殖衰老过程中卵母细胞发育与线粒体稳态的关系及具体作用机制；（5）针对以上科学问题的解答，提出延长女性生育周期安全有效的临床干预策略。
推荐机构： 中国女医师协会
