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
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
2024年度
低碳 炼铁 非高炉 氢冶金
当前，我国钢铁工业已进入减量阶段、重组阶段、绿色阶段三期叠加的关键时期，钢铁企业既迎来减量化和高质量转型发展的重要机遇，又面临愈发严苛的环境约束和低碳发展的巨大挑战。传统炼铁工艺大量使用碳素作为热源和还原剂，是排放温室气体（CO2）的重点工序之一。除了碳排放之外，前置工序（烧结、球团、炼焦等矿煤造块工序）因碳引起的系列污染问题，也给炼铁流程的生存和可持续发展带来危机，实现炼铁过程节能减排是从根本上解决生存问题的关键。
推荐机构： 中国金属学会
半导体硅单晶 直拉法 晶体生长控制理论 品质管控技术
硅单晶材料在集成电路产业链中占据首要地位，硅单晶的品质对集成电路芯片性能有着重要的影响。硅单晶制备过程是多场耦合、多相变、大空间、高温、高真空、高洁净的精密生产过程，此过程决定了硅单晶的品质。如何在复杂的制备过程中，通过调控宏观工艺参数，实现对硅单晶微观品质的精准管控，是硅单晶制备产业界和学术界持续关注的难题。通过发展新理论、研究新方法、形成新工艺，实现对硅单晶生长过程及品质的有效管控，达到稳定提升硅单晶材料品质的目的，以满足不断演进的集成电路芯片制程要求。这项技术对建立和发展我国半导体硅单晶产业，实现生产过程的科学化、高效化、实用化，形成市场竞争优势具有重要的理论价值和现实意义。 半导体硅单晶是制造集成电路芯片最重要的基础性材料，90%以上的集成电路芯片都是制作在硅单晶上，硅单晶的制备在集成电路产业链中占据首要地位。半导体硅单晶的品质主要包括：直径尺寸、长度等宏观品质；氧碳含量、晶体缺陷、杂质浓度等微观指标，这些决定了硅单晶制备效率和后端集成电路芯片的性能，同时，也反映了一个国家集成电路产业的发展水平。 目前，半导体硅单晶材料制备产业仍具有高度集中的特点，以直径12英寸硅片为例，日、德、韩等境外5家企业占据90%以上的全球市场份额，形成了世界范围的垄断。代表当今集成电路芯片主流制造水平的20nm及以下制程工艺所要求的高品质、大尺寸半导体硅片，我国主要依赖进口。半导体硅单晶材料从技术研发、产业生产到市场销售具有投资规模大、建设周期长、技术门槛高、产业垄断强的突出特点，成为制约我国集成电路产业发展的关键壁垒之一。
推荐机构： 中国自动化学会
石油基 炭材料 高端化 针状焦
石油基炭材料及其制备的石墨制品，在国防军工、航空航天、核工业、冶金、新能源汽车等诸多领域得到了广泛的应用，但在超高功率石墨电极本体及接头、高能量密度锂电池负极材料、各向同性核石墨、高性能沥青基碳纤维、优质炭素材料用石油沥青等产品国内还以中低端为主，高端产品还主要依赖进口，有些甚至受到严格管控。因此实现石油基炭材料的高端化发展，尤其在“双碳”目标下，实现炼油“油转特”转型升级具有很现实的意义。必须加大高端应用技术研发，打造具有自主知识产权的高端炭材料生产技术。
推荐机构： 中国石油学会
2023年度
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
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
对位芳纶 高强型 高模型 高端应用
目前国内对位芳纶已实现产业化生产，但生产规模小、成本高、诸多应用关键技术仍未完全掌握，无法形成质量稳定的应用产品，尚未能在重点领域实现规模化应用，特别是军用高端对位芳纶缺乏，高强型（美国杜邦KM2）和高模型（美国杜邦K-49AP）等高端产品仍需国外进口。开发高强型（美国杜邦KM2）和高模型（美国杜邦K-49AP）等高端产品制备及应用技术，解决“卡脖子”问题，替代进口；提升单线生产规模、降低成本。关键指标：高模型，拉伸模量≥110GPa，强度≥18cN/dtex，断裂伸长率≥1.5%；高强型：拉伸强度≥22cN/dtex，断裂伸长率≥3.6%。
推荐机构： 中国纺织工程学会
2022年度
全固态锂金属电池 工程化应用 高能量密度 高安全性
全固态锂金属电池使用高电导率的全固态电解质膜来代替传统锂离子电池中的聚合物隔膜及电解液，并使用锂金属负极来代替低能量密度的石墨负极，拥有当前锂离子电池体系无法比拟的能量密度及安全性优势，非常有潜力成为下一代高性能电化学储能设备，推动交通电气化及低碳经济的发展。目前，全固态锂金属电池在原材料开发、电芯设计、生产工艺、智能制造、系统测试等环节还面临着诸多突出难题，还没有任何一种固态电解质能够满足全固态锂金属电池的所有要求，也没有任何一家机构宣称已成功制造出商用规模的全固态锂金属电池，全固态锂金属电池的工程化还处在萌芽阶段。通过国家的战略统筹，加速解决如何实现全固态锂金属电池的工程化应用问题，不仅是我国科学技术进步的象征，推动低碳经济发展的必然需求，也是稳固我国在储能领域国际领先地位的坚实保障。
推荐机构： 中国汽车工程学会
低维材料 原子制造 功能器件 精准调控
降低能耗是实现我国双碳目标的重要手段。未来信息器件必然朝着性能更高、功耗更低、尺寸更小的方向发展，材料尺寸的极限目标达到单个原子水平，极限尺寸材料和器件的可控制备及物性调控都需要在新材料、新技术和新物理等方面展开前沿研究和相关知识储备。随着材料和器件的特征尺寸进一步缩小，达到“有限个原子”这一特征尺度时，其物理性质对材料和器件自身的原子构型以及边界、表界面的原子结构都极其敏感，量子效应显著，并表现出一些新奇的物理性质，经典半导体物理不再适用。因此，为了达到器件发展的极限目标，需要发展原子尺度精准的材料制备及表征、信息器件构筑及功能调控的方法和技术。
推荐机构： 中国真空学会
功能材料 功能晶体 矿产资源 稀土资源
晶体材料已广泛应用于能源、环境、信息、医疗、军事等领域，在人类社会发展中起着举足轻重的作用。近年来，随着高新技术的飞速发展，获取大尺寸、高质量晶体材料已成为制约相关行业发展的瓶颈。随着晶体尺寸增加，晶体的质量和均匀性问题更加突出，直接影响器件的可靠性、耐久性等性能。 晶体生长过程涉及复杂的物理和化学问题，大尺寸晶体的生长更涉及到不同尺度上的相变、界面变化、缺陷形成与增殖机理。在工业生产层次，亟需根据晶体生长原理和技术建立可靠的晶体生长工艺，设计精密的数字化生长设备，突破国外的技术封锁。
推荐机构： 中国科协先进材料学会联合体
2021年度
