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
高端轴承钢 高洁净 高均质 基体/碳化物双细化
轴承钢被公认为是对材料质量要求最高的钢种，号称“钢中之王“。高端轴承主要包括航空发动机轴承、海工装备轴承、汽车轴承、医疗器械轴承、高速列车轴承、盾构机轴承、高档数控机床与机器人轴承、风电轴承等。目前，我国此类轴承大量依赖进口，属于“卡脖子”瓶颈难题，国产轴承的服役寿命和可靠性，与国外先进水平相比差距巨大，进口轴承的价格也是数倍甚至数十倍于国产轴承。轴承的服役水平和可靠性严重依赖于轴承钢材料的性能，而轴承钢材料性能的关键则受限取决于轴承钢材料的冶金技术，即熔炼及精炼技术、凝固成型技术、宏微观组织控制技术等。 我国轴承钢材料与国外的差距主要集中在三个方面。首先是洁净度低，目前国际上应用量最大的代表性轴承钢为GCr15系列，此类轴承钢的控制关键指标为全氧含量、Ti含量、夹杂物类型、尺寸、数量等。其次是均质性差，轴承钢均质性差突出表现为成分偏析严重，碳化物呈网状、团簇分布等等，导致性能波动大，甚至产生较大内部残余应力。上述多种原因耦合导致轴承极易产生早期失效。最后是材料组织粗大，导致轴承钢的强韧性不足，耐磨性差，这也是高端轴承自主化能力弱的另一个重要原因。特别是航空用M50轴承钢，由于合金含量和碳含量高，其液析碳化物问题尤为显著，通过后续锻造与热处理很难细化。另外从产学研角度而言，国外著名轴承制造企业包括瑞典 SKF、德国 FAG、美国 TIMKEN、日本NSK 等，均属于“百年老店”， 标准体系完备，研发力量强大，而且有著名院校支撑。但国内企业数据积累不足，制造过程标准体系不健全，研发力量薄弱。特别是，行业院所转制后成为科研型生产企业，自顾不暇，难以对行业形成支撑。
推荐机构： 中国金属学会
2021年度
航空发动机 推进系统集成 短舱 系统设计优化
我国分别在2008年和2016年组建了中国商用飞机有限责任公司（简称“中国商飞”）和中国航空发动机集团（简称“中国航发”），并先后开始全面实施国家重大科技专项“大飞机”项目和“航空发动机和燃气轮机” 项目（简称“两机专项”）。我国民机和航空发动机产业的发展完全遵循国际航空产业发展规律：中国商飞聚焦于民用客机研制，国航发开展相应的涡扇发动机研制，飞机与发动机独立研制，相互匹配与安装是通过飞机与发动机一体化设计和集成而实现的。飞发一体化集成涉及到飞机/发动机/短舱三个主要系统，其中发动机和包覆发动机的短舱一起构成飞机的推进系统。通常短舱是由独立于飞机和发动机制造商的第三方专业化公司研制的。 多年来，民用客机对短舱系统性能与功能的要求不断提高，其推进系统的短舱已经发展为独立于发动机和飞机制造商的高度专门化航空技术领域。目前，世界仅有美国Goodrich、MRA与欧洲Nexcelle等几家专业化公司生产短舱，而我国涡扇飞机短舱产品全部依赖进口。中国商飞研制的ARJ和C919等客机的短舱均由上述供应商提供。由于我国民用航空产业发展基础差、起步晚，使得我国与世界先进水平差距较大。我国落后的民机产业也极大地制约了短舱系统的技术发展，导致我国没有短舱系统专门化生产或科研机构。近年来，我国航空产业在“大飞机”项目与“两机专项”的牵引与驱动下，发展突飞猛进，初步形成了相关领域的产业布局，并形成产学研联合发展的趋势。然而，我国推进系统短舱设计能力严重不足的现状仍然没有得到改善，其已成为潜在制约我国航空产业发展的主要风险因素之一。短舱研制技术已被科技日报等主流媒体列为制约我国工业发展的35项“卡脖子”技术之一。由于短舱在航空领域的重要性，其已经成为我国航空产业亟待解决的“卡脖子”问题。所以，我国亟需启动新一代航空推进系统短舱设计体系及关键技术研究。 世界仅有美国Goodrich、MRA与欧洲Nexcelle等几家专业化公司生产短舱，而我国涡扇飞机短舱产品全部依赖进口。中国商飞研制的ARJ和C919等客机的短舱均由上述供应商提供。我国落后的民机产业也极大地制约了短舱系统的技术发展，导致我国没有短舱系统专门化生产或科研机构。我国推进系统短舱设计能力严重不足的现状已成为潜在制约我国航空产业发展的主要风险因素之一。 短舱研制技术已被科技日报等主流媒体列为制约我国工业发展的35项“卡脖子”技术之一。由于短舱在航空领域的重要性，其已经成为我国航空产业亟待解决的“卡脖子”问题。所以，我国亟需启动新一代航空推进系统短舱设计体系及关键技术研究。
推荐机构： 中国航空学会、西北工业大学
医用高分子材料 生物相容性 性能匹配 抗老化
围绕未来人口老龄化带来的疾病诊疗和创伤修复的需求，开展高端功能植/介入医用高分子材料及器械产业化技术攻关。针对现有植/介入医用高分子材料生物相容性、物化性能匹配性、抗老化性及器械使用中的耐用性等瓶颈问题，研究新型功能医用高分子弹性体合成，通过分子结构基因调控，实现材料性能的全面提升；同时，深入研究医用高分子材料的表面/界面，发展表面改性技术及表面改性植入器械。基于此，扩展相关植介入器械的应用范围，支撑医用高分子材料的发展。
推荐机构： 中国生物医学工程学会
微创手术机器人 医学人工智能 软体机器人 高性能医疗设备
微创手术的宗旨是在治愈疾病的基础上，把手术本身给患者造成的创伤降到最低，与机器人及人工智能技术的结合是近年来微创手术的发展趋势。“达芬奇”微创手术机器人是当前全球应用最广泛的治疗机器人系统，代表着机器人手术的先进水平。临床目前使用的手术机器人产品主要适用于妇科、泌尿科、胸腔、心脏和普通外科，但是由于1）很多组织损伤和癌症肿瘤等存在于体内深处，很难通过体表切口的方式触达、2）机器人系统压力、扭转等触觉功能的缺失、导致机器人手术学习曲线长、成本高昂、3）多孔/单孔操作有可能导致肠道、膀胱、血管等人体组织器官损伤及交叉感染等因素，经自然腔道的微创手术机器人逐渐得到重视。经腔道机器人通过胃、结直肠、阴道、膀胱、食道、呼吸道、血管等自然腔道进入胸腔、腹腔进行手术，手术后患者腹壁没有手术刀口和瘢痕、无切口感染，目前的系统主要采用从体外延伸至体内的狭长器械，存在可达范围有限、柔顺性差、伸缩弯曲能力有限、器械功能局限等瓶颈问题，因此术式受限且难以推广。
农业微生物资源 功能性微生物 资源挖掘与利用 农业绿色投入品
作物病虫害频繁爆发、耕地质量不断下降、农业面源污染加重等问题突出，严重制约我国农业绿色高质量发展。农业微生物资源是新型微生物杀菌剂、杀虫剂、功能性肥料等绿色投入品的重要来源，是支持农业高质量发展的重要保障。但当前我国在农业微生物资源保护、重要功能性微生物利用过程中的基础科学问题及其产业化技术难题的研究方面投入还不够。应该开展：1.组织遴选并建立一支高水平的农业微生物研究的国字号队伍，稳定支持开展微生物资源保护及利用的研究；2.建立国家级农业微生物资源中心（建议按区域建设多个中心），做好微生物资源收集及保护；3. 加强微生物资源的挖掘，针对重要病虫害、土壤改良等问题，解析功能性微生物杀菌防虫、改善土壤质量的分子机理，厘清功能性微生态中微生物互作机制；4.建立精准调控功能性微生态的技术保障作物生产安全，结合合成生物学充分利用微生物资源中新型功能性基因（基因簇）创制新药及绿色投入品，集智攻关突破微生物活菌制剂的技术瓶颈做好微生物资源的产业化。
推荐机构： 中国农学会
航行装备 深远海与极地环境 制造与安全保障 关键技术
国家《“十四五”规划和2035年远景目标纲要》明确指出，瞄准深远海等前沿领域，实施一批具有前瞻性、战略性的国家重大科技项目，加快壮大海洋装备产业，建设海洋强国，提高海洋资源、矿产资源开发保护水平。 根据国家发展战略要求，围绕深远海与极地环境下的油气、矿产综合作业平台（包括深海采矿船、极地海洋平台等）、深远海与极地航行装备（包括豪华邮轮、极地LNG运输船、极地重型破冰船、极地大型油轮等）、深远海与极地航行关键设备（包括探测系统、水下生产系统、极地救生设备、基于北斗的空天海岸协同通信保障系统等）等重大装备研发，对深远海与极地环境（包括监测、预报及大数据分析技术等）、深海工程技术（包括顶层设计技术、感知与控制技术、长距离矿产输送与保障技术、系统运维与预警技术等）、极地工程技术（包括冰下探测与通信技术、航行性能预报技术、结构与装置安全评估技术、破冰技术等）、综合安全与保障评估技术（包括安全航行保障技术、远程安全监管技术、安全救助技术、大数据处理分析技术等）、深远海与极地装备工程软件研发（包括环境数据库与预报系统、设计与安全评估系统、安全运维及保障数据库与系统等）等关键技术进行研究，解决“卡脖子”的问题，建立深远海航行装备制造与安全保障相关的技术能力和标准，实现具有自主知识产权的深远海航行装备国产化，占领全球深远海航行装备制造与安全保障技术的制高点。
推荐机构： 中国航海学会
新能源 电力系统 电网构建型 同步支撑
随着“碳达峰，碳中和”目标的提出，以风电、光伏为代表的新能源将得到规模化发展，高比例新能源和高比例电力电子设备电力系统正逐步形成。然而现有电力系统仍以同步机为主导，新能源以跟随同步机的方式运行，不具备自组网能力，对电网同步支撑能力较弱，无法满足高比例新能源下电网的稳定运行要求。在未来，如何构建以新能源为主导的电力系统，保证电力系统的安全稳定运行是大规模发展新能源、实现“碳达峰，碳中和”进程中的关键问题。
推荐机构： 中国能源研究会
气候变化 河流水系 水资源 青藏高原
近几十年来，在全球变暖的大背景下，青藏高原呈现加速增暖的趋势，气候趋于暖湿化，致使冰川积雪加速融化、降水明显增多、湖泊扩张加剧、河川径流增加。根据中国科学院青藏高原研究所发布的《西藏高原环境变化科学评估》报告和第二次青藏高原综合科学考察研究项目阶段研究成果，“高原水塔”（“亚洲水塔”）正朝着失衡失稳的方向发展，即区域内固液结构失衡、液态水体储量的增加导致“水塔”结构失稳。伴随上述过程，青藏高原生态系统表现为整体好转（变绿）、局部变差（退化）的分异性特征。近年来山体滑坡、泥石流、山洪、冰川湖溃决等地质灾害呈增加趋势。在上述变化过程驱动和影响下，青藏高原河流水系统正在发生或即将发生深刻变化，然后，过去和现有研究对于这一变化过程、驱动因素、未来趋势和影响等问题还缺乏系统的研究和认识。 围绕这一核心关键科学问题，亟需关注和开展下述问题的研究： 1）近几十年来，青藏高原各大河流源区水系发生了什么样的变化？它们的水系结构及水文特征如何？ 2）各河流水系变化的驱动因素及影响贡献情况如何？各影响因素与河流水量变化的定量关系如何？ 3）当前各河流水系的结构稳定性如何？未来在气候变化持续的情况下，各河流水系结构和水量会如何变化？ 4）不同未来气候情景下，青藏高原河流水系结构及水量变化对下游流域和国家水资源供给安全影响如何？ 5）为应对不同情景下可能产生的洪涝或干旱灾害时的防灾减灾策略如何？
推荐机构： 中国生物多样性保护与绿色发展基金会
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
基因 表型 环境
“淮南为橘，淮北为枳”，生动说明了环境影响农作物育种和栽培有效性的重要程度，因此外界环境因子对基因到表型的过程调控机制及其作用网络是一个重大科学问题。涉及到环境响应、基因表达、性状发育、品质形成等复杂的内外协同调控过程。研究农作物基因到表型的环境调控网络，有望提高农作物育种效率，实现定向育种与精确栽培。
