材料基因工程关键技术与支撑平台重点专项Word文档格式.docx

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通量表征与评价的特点，其中任务6〜13的研究还必须体现从应用基础研究、关键技术研发到规模制备的全链条、协同创新研究的特点。

所有研究项目结题验收前，均须进行数据汇交。

每个项目设1名项目负责人，项目下设课题数原则上不超过5个，每个课题设1名课题负责人，课题承担单位原则上不超过5个。

对于企业牵头的应用示范类任务，其他经费（包括地方财政经费、单位出资及社会渠道资金等）与中央财政经费比例不低于1:

1。

1.多尺度集成化高通量计算模型、算法和软件

研究内容：

研究高通量多尺度材料模拟的建模方法，开发适用于高通量计算的高置信和协同式多尺度模拟算法，包括大尺度体系电子结构算法，多尺度动力学算法，电子一声子一离子协同输运算法，微观一介观一宏观耦合算法等，发展以第一性原理为基础的量子力学一热力学一动力学一宏观力学高通量集成算法理论和软件，在并发式作业间“关联”技术上取得突破，在热电材料、核材料和单晶高温合金等方面开展验证性应用。

考核指标：

研制出具有自主知识产权的、集成作业数达到103量级的高通量并发式集成计算软件系统（对应于相等数量级的化学组分、结构及其工艺条件的变化），部署于超级计算中心，实现对所开发/建设高通量计算软件系统的开放、共享；

针对2〜3种典型材料实现大规模、多尺度、集成化的高通量计算，提出组合优化设计方案；

申请软件著作权5项以上。

实施年限：

不超过5年

拟支持项目数：

1—2项

2.大尺寸组合芯片材料制备新装备、快速筛选新方法与关键

技术

开展面向实际应用的大尺寸、高密度材料阵列高通量制备新方法、关键技术和新装备研究，阐明化学组分与结构连续或准连续分布薄膜或分立阵列高通量制备的科学原理，建立面向复杂体系材料高通量制备的成分与组织结构控制方法，研发具有自主知识产权的大尺寸薄膜或分立阵列高通量制备新技术与新装备，实现材料高通量可控制备和优化筛选，在典型材料中开展验证性应用。

组合芯片材料样品单元密度>

200/mm（物理法）或样品单元数>

10（个（化学法）；

开发出具有自主知识产权的高通量材料制备样机2台套以上，样机的可控化学组分不少于3种，并在3种以上典型材料中获得验证；

申请核心发明专利10项以上。

3.高通量块体材料制备新方法、新技术与新装备

—5—

开展成分和组织结构可控的高通量块体材料制备新方法及其科学原理的研究，开发高效制备具有不同微区成分、相结构和组织的块体材料新技术，研制具有自主知识产权的新装备，在典型的高性能材料中获得应用，验证其高效性、经济性、可靠性和加速获得材料成分一相一组织一性能关系的能力，显著提高新材料研究开发和应用的效率。

同步合成的多组分（》3种）块体材料样品单元>

100个，样品单元适用于表征检测的性能个；

与传统块体材料制备

方法相比，速度提高倍数与费用降低倍数比值>

10样品单元性

能误差w1%;

开发2台套以上高通量制备装备或样机，并在3种以上典型材料中获得验证应用；

申请核心发明专利5项以上。

4.材料成分一组织结构一性能的高通量表征技术

研究材料微观基本单元、介观材料、宏观材料与

实际材料的高通量表征与筛查的新原理和新方法，发展材料在合成与相变过程中的高通量表征技术，突破材料高通量表征以及材料空间位置统计映射表征等关键技术，建立材料成分、组织、性能与工艺间的相关性，开发基于离散三维成像、高通量原位统计表征、局域原子序或分子织态和同步辐射衍射原位实验的表征新技术和新装备。

高通量表征尺度从微观的nm到宏观的cm级；

每批次表征样品数/数据点大于100；

建立成分一组织结构一性能映射相关性模型，模型维度不少于3维，可表征成分及相不少于10种；

结合同步辐射的高通量表征技术的表征时间v5s/样品；

开发2种以上具有自主知识产权的材料高通量表征新装置，申请核心发明专利10项以上。

5.材料基因工程专用数据库和材料大数据技术

以支撑材料基因工程研究为目标，开展多层次跨

尺度材料设计、高通量实验验证与表征专用数据库架构研究；

开展材料复杂异构数据整合、管理与共享技术研究和标准规范建设，研发高通量计算、高通量实验与表征数据的高效处理与加工技术；

运用云计算、大数据和机器学习等先进技术，开展多尺度材料计算与实验数据的关联分析、材料组织结构的高精度图像处理、非结构化数据挖掘等研究；

建成有效支撑材料基因工程研究的专用数据库。

建成材料计算、实验与表征等复杂异构数据有机融合的材料基因工程专用数据库，可存储专题数据100万条以上，主要操作平均响应时间3秒以内，整合材料基因工程相关数据10万条以上，实现开放共享；

形成6项以上材料数据管理与服务标准规范；

突破4项以上材料高通量计算、实验与表征数据的高效处理与加工技术，3项以上材料数据分析与挖掘技术，并获得应用；

申请核心发明专利或著作权登记10项以上。

6.基于材料基因工程的新型固态二次电池材料研究

针对下一代固态电池关键材料开发，建立描述电子一声子一离子输运及储存的理论和计算方法，发展高通量计算方法及软件平台；

计算筛选优化适用于固态电池的高能量新型正极材料、二维电极材料、高离子电导率固态电解质等备选材料，通过大数据分析获得构效关系；

发展高通量制备、表征、测试平台，对备选材料进行原理验证；

基于优化材料，研制高性能固态原理电池，完成综合测试；

开发出新一代高性能固态二次电池样机，通过样机考核，推动电动汽车或者相关产业的发展。

实现》10级的并发式高通量计算，计算样品量》10筛选出3种以上材料体系；

实现＞64个/批次的规模组合式制备及测试；

采用新材料体系研制一种以上10Ah级固体电池，能量密度高于800Wh/L,实现0.5C以上倍率充放电，充放电循环次数大于

2000次，容量衰减不高于20%;

申请核心发明专利5项以上。

不超过4年

1—2项

7.环境友好型高稳定性太阳能电池材料

利用材料基因工程思想，筛选元素及原材料，研发一类组成元素储量丰富、毒性低、稳定性高、具备优异半导体性质、效率更高的新型薄膜太阳能电池吸收层材料，设计出长电子一空穴扩散长度的无机非铅钙钛矿材料；

采用高通量技术合成筛选的新材料，并研究其理化性质（吸收光谱/带隙/电子一空穴

扩散长度）及在光照下的温湿度稳定性，研发出新一代太阳能电池材料，降低太阳能发电成本并具备推广应用潜力。

选择3种以上材料体系，实现＞10级的并发式高通量计算，计算的样品量＞10实现》12阶/批次的规模组合式制备；

在-30C＜温度＜70C、5%＜湿度＜90%的环境中，实现在标准太阳光（AM1.5100mW/cm2）照射下，面积为1.0cm为.0cm太阳能电池器件转化效率＞15%;

加速试验下连续光照1000小时，保持80%效率；

8.基于材料基因工程的组织诱导性骨和软骨修复材料研制

研究适用于可诱导组织再生的骨和软骨修复材料及其服役环境的理论模型、计算方法和设计软件，发展高通量制备、表征和评价技术；

利用高通量计算和实验方法，研究材料诱导组织再生的分子机制和材料的成分一结构一功能之间的构效关系，建立生物材料计算设计可靠性的验证评价体系和相关标准；

构建较为完备的骨和软骨修复材料的结构、性能和服役参数数据库，研发高性能新型骨和软骨诱导性材料及产品，应用于临床。

实现＞10级的并发式高通量计算，计算筛选候选材料数》10,材料制备和表征实现＞100羊品数/批次，申请核心发明专利和软件著作权10项以上；

建立骨和软骨修复材料专用数据

库。

研发2种以上具有自主知识产权的骨和软骨修复材料，完成临床研究，申请产品注册证；

骨诱导人工骨植入骨缺损部位1月

内新骨开始形成，半年达到自然骨强度的80%左右；

软骨诱导性支架材料可原位诱导形成软骨组织，修复缺损部位直径大于10mm，术后半年修复缺损。

9.基于材料基因工程的高丰度稀土永磁材料研究

开展高丰度稀土永磁材料的微磁学、相场模拟和

热力学计算等高通量计算和实验研究，研制出新型多主相稀土金属间化合物永磁材料，阐明相关系和成相规律，建立多主相稀土永磁材料成分、组织结构与性能的数据库；

研究多主相稀土永磁材料的内禀磁性设计与可控制备，以及与高丰度混合稀土元素组合和分布的关系，优化材料的永磁性能，实现产业化，在减少对环境污染的同时实现稀土资源的高效、平衡和高值利用。

选择3类以上有重大应用需求的高丰度稀土永磁材料，微磁学、相场模拟和热力学计算通量>

1匕样品量>

10;

实现》100个/批次的规模组合式制备；

开发3类以上具有自主知识产权的高丰度稀土永磁材料，实现磁能积在5MGOev（BH）

maxv50MGOe范围可调，并实现产业化；

申请核心发明专利10项以上。

拟支持项目数量：

10.基于高通量结构设计的稀土光功能材料研制

构筑从材料结构组成计算预测稀土光功能材料发光效率的理论建模和算法，建立稀土光功能材料高通量结构设计和性能预测新方法，通过理论计算和实验验证，研究材料的微观、介观结构对稀土光功能材料发光效率的影响规律，高通量筛选满足应用新要求的稀土光功能新材料体系。

在此基础上，通过全链条的材料制备、性能表征优化及器件设计，重点研发适合半导体

激光直接泵浦的新波段固体激光材料、高功率密度透明荧光块体材料和大尺寸优质稀土闪烁晶体探测模块。

实现>

10级的并发式高通量计算，计算样品量

>

10新波段固体激光材料：

利用半导体激光直接泵浦，室温工作下连续激光输出斜率效率达到该波长激光运转机制理论极限效率的60%以上，输出能量或功率高于现有材料水平或填补固体激光应用空白；

透明荧光块体材料LED光源光效高于180lm/W@1W/mm2;

大尺寸优质稀土闪烁晶体探测模块：

光产额

50000ph/MeV、能量分辨率v4%@662keV、时间衰减v50ns；

申请发明专利10项以上。

11.高效催化材料的高通量设计制备及应用示范

针对涉及国家可持续发展战略的重要领域（如石

油化工、新能源和环境治理等）的咼效催化材料，通过咼通量计

算和实验模拟验证，研究催化材料成分结构及共性基元反应催化机理，构筑从微观到宏观、从单元到多元的多尺度、多维度的理论建模和算法，研究成分一结构一性能构效关系，在宏观尺度上建立从工艺到寿命的预测性理论，并构建专用数据库；

在此基础上发展出具有自主知识产权的新型高效催化材料，并实现工业化应用示范。

选择3—5类有重大应用需求的催化材料，实现

10级的并发式高通量计算，催化剂模型计算的样品量>

实现》128个/批次的规模组合式制备；

建立催化剂专用数据库；

开发3类以上具有自主知识产权的高效催化材料，催化性能全面达到同期同领域的国际先进水平，并实现工业规模装置上的应用示范；

申请核心发明专利或软件著作权10项以上。

12.轻质高强合金集成计算与制备

构建镁、钛等轻质合金专用高通量计算平台，实

现自动流程并发式计算，建立合金基础参数数据库，发展基于固溶、团簇、析出相、界面和晶体缺陷等基本单元强韧性设计的数据挖掘技术和材料设计方法，开发加工过程多场耦合条件下微观组织和工艺缺陷模拟技术，并建立性能预测模型，实现典型构件成分设计、组织设计、工艺优化和使役性能评价的跨尺度集成计算，研制出几种高性能合金。

实现N02级的并发式高通量计算，计算筛选候选材料样品数昌04;

发展3种以上新型高性能合金，相比同类合金强度和伸长率提高20%,开发成本和周期降低20%;

实现2种以上典型构件从“设计一合金一工艺一组织一性能”的全流程集成计算与仿真，并实现应用示范；

申请核心发明专利或软件著作权10项以上。

2项（针对镁或钛等不同种类的合金）

13.新型镍基高温合金组合设计与全流程集成制备

综合利用新材料集成计算和制备方法，预测和验证关键高温合金元素组合、合金相和晶体缺陷的形成和演变规律，揭示复杂成分高温合金提高承温能力和综合性能的成分和组织结构因素；

开发组织一应力一温度等多物理场耦合计算模型，建立缺陷、变形控制与组织结构优化的集成控制系统；

运用高通量计算和实验方法，研制未来先进航空发动机及燃气轮机等航空航天和能源领域需要的新一代高温合金。

开发出104级的高通量多通道并发式计算模型，构建出高温合金高通量计算和评价的基本方法和数据库，建立典型结构件制备的多场耦合模型和全流程控制系统，新型镍基高温合金的承温能力比第二代高温合金提高50C以上。

二、“材料基因工程关键技术与支撑平台”重点专项2016年度项目申报指南编制专家名单

序号

姓名

工作单位

职称/职务

1

谢建新

北京科技大学

教授

2

沈保根

中国科学院物理研究所

研究员

3

张国庆

北京航空材料研究院

4

徐坚

中国科学院化学研究所

5

黄艺东

中国科学院福建物质结构研究所

6

陈立东

中国科学院上海硅酸盐研究所

7

赖新春

中国工程物理研究院材料研究所

8

翁端

清华大学

9

李新创

冶金工业规划研究院

10

杨明理

四川大学

11

曾小勤

上海交通大学

12

段文晖

13

祁焱

钢铁研究总院

14

胡文彬

天津大学

三、“材料基因工程关键技术与支撑平台”重点专项形式审查条件要求

申报项目须符合以下形式审查条件要求。

1.推荐程序和填写要求

（1）由指南规定的推荐单位在规定时间内出具推荐函。

（2）申报单位同一项目须通过单个推荐单位申报，不得多头申报和重复申报。

（3）项目申报书（包括预申报书和正式申报书，下同）内容与申报的指南方向基本相符。

（4）项目申报书及附件按格式要求填写完整。

2.申报人应具备的资格条件

（1）项目及下设任务（课题）负责人申报项目当年不超过60周岁（1956年1月1日以后出生）。

（2）项目及下设任务（课题）负责人具有高级职称或博士学位。

（3）受聘于内地单位的外籍科学家及港、澳、台地区科学家可作为重点专项的项目（含任务或课题）负责人，全职受聘人员须由内地受聘单位提供全职受聘的有效证明，非全职受聘人员须由内地受聘单位和境外单位同时提供受聘的有效证明，并随纸质项目申报书一并报送。

（4）项目（含任务或课题）负责人限申报一个项目，973计划（含重大科学研究计划）、863计划、国家科技支撑计划、国家国际科技合作专项、国家重大科学仪器设备开发专项、公益性行业科研专项（以下简称“改革前计划”）在研项目（含任务或课题）以及国家科技重大专项在研项目（含任务或课题）负责人不得申报国家重点研发计划重点专项项目（含任务或课题）；

项目主要参加人员的申报项目和改革前计划、国家科技重大专项在研项目总数不得超过两个；

改革前计划、国家科技重大专项的在研项目（含任务或课题）负责人不得因申报国家重点研发计划重点专项项目

（含任务或课题）而退出目前承担的项目（含任务或课题）。

计划任务书执行期到2016年12月底之前的在研项目（含任务或课题）不在限项范围内。

（5）特邀咨评委委员及参与重点专项咨询评议的专家，不

能申报本人参与咨询和论证过的重点专项项目（含任务或课题）；

参与重点专项实施方案或本年度项目指南编制的专家，不能申报

该重点专项项目（含任务或课题）。

（6）在承担（或申请）国家科技计划项目中，没有严重不良信用记录或被记入“黑名单”。

（7）中央和地方各级政府的公务人员（包括行使科技计划管理职能的其他人员）不得申报项目。

3.申报单位应具备的资格条件

—20—

（1）是在中国境内登记注册的科研院所、高等学校和企业

等法人单位，政府机关不得作为申报单位进行申报；

（2）注册时间在2015年3月31日前；

（3）在承担（或申请）国家科技计划项目中，没有严重不良信用记录或被记入“黑名单”。