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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
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征集年度
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碳中和 高效内燃机 氨氢融合燃料 近零排放
碳中和背景下，内燃机如何实现高效零碳无污染？ 随着我国“碳达峰”与“碳中和”目标的提出，内燃机低碳化、零碳化势在必行。氢和氨都是未来的碳中和燃料。“氨氢融合”有利于应对单一氢能利用在运输、存储、车载、安全、成本等方面的挑战，氨作为氢能载体的燃料利用是当前和未来国际前沿科技创新。 但氨存在点火难与燃烧慢的问题。相比于传统碳氢燃料，氨的反应活性低、自燃温度高，其需求的最小点火能量为汽油的60倍以上，层流火焰速度约为汽油的1/5，这大大提高了氨内燃机的开发难度。如何克服氨燃烧反应惰活性、提高氨发动机循环热效率是开发高效氨氢内燃机机的两大难题。 为了实现氨、氢燃料供给，需要开发专用的氨喷嘴和氢喷嘴，现有的柴油、汽油机及天然气喷嘴均不适用氨、氢喷射。氨喷嘴需要解决的最大难题是腐蚀性问题，氢喷嘴需要解决的最大难题是密封问题。 在排放方面，氨基燃料排放与传统汽柴油相比有较大差异，有NOx、N2O和未燃氨排放问题。氨气具有刺激性气味，国6法规要求氨浓度不超过10ppm。而且，氨燃料发动机排放随工况变化较大。因此，如何保证瞬变工况下，氮基排放对环境无污染，是氨氢融合内燃机的第三个难题。
推荐机构： 中国汽车工程学会
2024年度
新污染物 多介质环境 污染识别 污染溯源 健康风险
识别和溯源持久性有机污染物（POPs）、抗生素（Antibiotics）、内分泌干扰物（EDCs）、微塑料（Microplastics）等新污染物（EPs）在多介质环境中的分布，有助于厘清其在不同环境介质中的产生来源、赋存特征、迁移转化机制，为新污染物健康风险管控提供技术支撑。然而，目前多环境介质中新污染物的筛查识别存在经济成本高、工作量大等难题，多界面新污染物的迁移转化机制仍不清晰，污染溯源和健康风险管理办法仍有改进之处。本课题通过探讨环境介质中新污染物识别、溯源和健康风险评估的相关进展，提出可能存在的问题，为进一步开展新污染物风险防范及不同环境介质新污染物的监测和风险管控提供新的研究思路。
推荐机构： 中国环境科学学会
人类演化 古人类化石 现代人 更新世 东亚
迄今，在中国境内近80处地点出土了更新世时期的古人类头骨、牙齿和头后骨化石，现有的化石证据表明，人类在东亚地区的生存与演化时间可追溯到170万年前或更早。这些人类化石的年代跨越更新世早期、中期到更新世晚期，含括了直立人、中更新世古老型人类、早期现代人以及一些演化分类存在争议的化石人类成员。“中国境内发现的古人类是否为现代中国人的祖先”，是学术界和媒体最关注的焦点问题之一，同时也是东亚地区人类起源和演化的未解难题。
推荐机构： 中国古生物学会
表型组学 遗传学 医学 基因-表型-环境关联
基因和环境相互作用决定人体的各种特征，这些人体特征即表型（Phenotype）。人类表型组（Human Phenome）是从胚胎发育到出生、成长、衰老乃至死亡过程中，人的形态特征、功能、行为、分子组成规律等所有生物、物理和化学特征的集合。表型包括微观表型和宏观表型。微观表型包括转录本、蛋白质、代谢物、细胞亚群、微生物等等；宏观表型包括影像学表征、体貌特征、疾病病征、健康状态、环境适应能力等。现代生命科学和生物医学的核心问题就是揭示宏观表型的微观机制。以破解微观表型与整体之间的复杂关联为目标，通过大规模表型全景精密测量与数据系统解析，破解基因-表型-环境、宏观-微观表型之间以及宏观表型项目之间的关联与调控机制，将达到对生物系统的全面理解，最终帮助实现对疾病与健康的精准干预。
推荐机构： 中国认知科学学会
柔性材料 多功能耦合 有机无机杂化 功能涌现
当前，人工智能、电子信息、航空航天、新能源和生物医药等新兴产业迅猛发展，具有独特性能的柔性材料因其在脑机接口、电子器件、能量存储、诊疗修复等方面的广泛应用前景，成为关键性材料，多功能耦合与杂化是柔性材料满足这些需求和应用的关键所在。然而，简单地将功能基元与柔性基材混合往往会导致材料结构与功能下降，这可归咎于功能位点暴露不完整、接触界面不连续以及杂化产生过程中的热应力或机械应力分布不均等问题。解决这些问题需要从多个尺度系统思考，包括分子尺度的柔性基元设计，纳米尺度的功能基元的精确构筑，微米尺度的相分离等。因此，为使柔性材料的杂化功能超出其基础的单一功能范畴，实现功能涌现，需从复杂系统的角度提出通用策略，形成新的研究范式，从而在功能层次、操作特性、综合性能等方面实现全面提升，以满足新兴产业对兼具优异性能和特殊功能组合柔性材料的迫切需求。
推荐机构： 中国化工学会
胶质母细胞瘤 免疫治疗 免疫检查点抑制剂 肿瘤微环境
胶质母细胞瘤（GBM）作为最致命的成人脑肿瘤之一，其治疗难度极大。GBM的恶性程度高，治疗反应差，部分原因在于免疫系统的抑制状态和肿瘤微环境的复杂性。GBM能够通过多种机制逃避和抑制宿主的免疫反应，其中包括表达免疫检查点蛋白，诱导免疫抑制细胞的聚集（如调节性T细胞和肿瘤相关巨噬细胞），以及产生抗炎细胞因子。这些机制共同构成了一个高度免疫抑制的微环境，限制了传统治疗手段（如手术、放疗和化疗）的疗效。
推荐机构： 中国高等教育学会
情感计算 情商 数字人 机器人
情智兼备的数字人与机器人不仅能够实现处理任务的高效性，也能够兼顾情感关怀的人性化，旨在不断提高人机交互的综合水平。在深度学习技术发展的推动下，数字人和机器人在认知、决策和学习方面取得了长足的进步，然而在情商方面仍面临着诸多挑战，如情感识别的准确性和情感表达的自然性等。未来研究面临的关键难点包括多模态情感感知、个性化情感分析和仿生化情感交互。情智兼备的数字人与机器人对推动通用人工智能技术的发展具有重要意义，将在医疗、教育、工业等领域展示出广阔的应用前景，有效服务民生改善、国防建设等国家重大需求。同时，情感智能的研究也将促进跨学科合作和交流，为人工智能技术的发展提供新的思路和方法，推动智能时代的到来。
推荐机构： 中国图象图形学学会
稀薄气体 湍流 多尺度流动 非平衡输运
从微观的角度，流动的本质为分子的运动与相互作用，然而，巨量分子运动与碰撞的系统效应在宏观上表现出多尺度、非平衡特征，形成复杂的流动结构。尤其对于稀薄气体流动和湍流，存在着显著的非平衡流动现象。譬如，稀薄气体分子自由程较大时，连续介质假设失效，分子与壁面相互作用在壁面出现速度滑移和温度跳跃；湍流中涡流大小不一、方向多变，涡旋不断产生、破碎和衰亡，展现出强烈的无序、随机和多尺度特性。因此，考虑分子运动离散性，研究稀薄气体分子单/多组分间碰撞过程、不同条件下分子-壁面相互作用机理；基于多尺度分析手段，开展湍流转捩、大尺度流动分离机理研究；探索多尺度非平衡流动的输运机制和共性问题，建立气体分子或流体微团间相互作用与宏观复杂流动特性之间的联系，从而提高对复杂非平衡流动形成和演化机理的认识，完善多尺度流动基础理论，促进多尺度非平衡流动相关学科的进步。
推荐机构： 中国力学学会
电-氢-碳耦合 煤电转型 新能源消纳 绿色化工
碳排放过量导致的气候变化问题，本质上是化石能源过度开采导致的碳循环失衡，释放到大气中的二氧化碳大于地球系统固化的二氧化碳。解决这一问题有“一减一加”两个途径，一是以清洁能源代替化石能源，减少能源系统碳排放；二是捕集二氧化碳后采用人工合成方式制取甲醇等有机物加以利用，增加人工碳固化。 构建零碳排放的能源系统是实现“一减一加”的基础。在零碳排放能源系统中，可再生能源作为能量的来源，碳元素和氢元素作为能量载体循环利用，随着价态变化实现能量的吸收和释放，将随机波动的风光新能源转化为安全可控的能源产品。通过构建零碳排放能源系统，能够以“先立后破”为原则实现中国能源供应从以煤炭为主过渡到可再生能源为主的，以最高安全、最小代价使得碳循环重回平衡。具体来看以新能源发电为能量来源，以水、空气和煤电排放的二氧化碳等为原料的绿氢、绿氨、绿甲醇等工艺可以实现电-氢-碳耦合发展，为协同解决煤电绿色低碳转型、新能源大规模开发消纳等问题提供了系统性的解决方案。 目前，电-氢-碳协同仍处于理论研究阶段，发展模式尚不明确，需要针对新能源发电、煤电与绿氢、绿氨、绿甲醇等的耦合方式开展研究。同时，更高效率的电制氢技术、可调节、可中断与新能源灵活互动的柔性化工技术、氢氨发电技术等一系列技术问题也亟待解决。
推荐机构： 中国电机工程学会
光合效率 遗传调控网络 分子育种 粮食产量
光合作用是作物产量形成的基础，90%以上的干物质来自光合作用，光合作用效率高低决定着作物产量的高低。高光效的生物学基础是国际上长期悬而未决的重大科学问题，涉及光能吸收/传递与转换、电子传递、碳同化三个复杂的生理生化过程。叶片解剖学结构形成与叶绿体发育也决定着作物光合作用效率。目前主要农作物的光能利用效率仅为1%左右，阐明作物高光效的生物学基础，大幅提升光能利用效率，是从根本上提升作物单产的重要途径，有望引起新一轮的育种革命。
推荐机构： 中国农学会
