材料科学交叉前沿战略研究

内容简介

本战略研究报告，根据我国国情和国家重大需求，瞄准学科发展前沿，提出了“十四五”和未来15年材料科学领域交叉前沿与颠覆创新的方向和需要解决的关键科学问题和核心技术，以及加强颠覆创新研究的相关政策建议。 本战略研究报告，在分析了材料科学领域交叉前沿与颠覆创新国内外发展态势的基础上，提出了7个方向：材料科学与物理学和数学交叉前沿、与能源科学交叉前沿、与信息科学交叉前沿、与生命科学和医学交叉前沿、与制造科学交叉前沿、与仿生科学交叉前沿、与深空深海深地科学交叉前沿。各方向阐明了该方向的国家重大需求、特点和创新点、“十四五”和未来15年的研究内容、重大科学问题或核心技术、预期目标等。 本战略研究报告，对我国材料科学及相关领域青年学者从事交叉前沿研究、对高等学校学科创新发展和创新人才培养、对颠覆创新科技管理等，都有重要的参考价值和引导作用。

目录

1 材料科学交叉前沿概述 1.1 材料科学与物理学和数学交叉前沿 1.2 材料科学与生命科学和医学交叉前沿 1.3 材料科学与能源科学交叉前沿 1.4 材料科学与信息科学交叉前沿 1.5 材料科学与仿生科学交叉前沿 1.6 材料科学与制造科学交叉前沿 1.7 材料科学与深空深海深地科学交叉前沿2 材料科学与物理学和数学交叉前沿 2.1 材料科学与物理学交叉前沿 2.1.1 国家重大需求 2.1.2 本方向的特点和创新点 2.1.3 面向2035的研究方向和“十四五”的研究内容 2.1.4 重大科学问题或核心技术和预期目标或成果 2.2 材料科学与数学交叉前沿 2.2.1 国家重大需求 2.2.2 本方向的特点和创新点 2.2.3 面向2035的研究方向和“十四五”的研究内容 2.2.4 重大科学问题或核心技术和预期目标或成果3 材料科学与生命科学和医学交叉前沿 3.1 国家重大需求 3.2 本方向的特点和创新点 3.3 面向2035的研究方向和“十四五”的研究内容 3.3.1 面向2035的研究方向 3.3.2 “十四五”的研究内容 3.4 重大科学问题或核心技术和预期目标或成果 3.4.1 重大科学问题或核心技术 3.4.2 预期目标或成果4 材料科学与能源科学交叉前沿 4.1 国家重大需求 4.2 本方向的特点和创新点 4.3 面向2035的研究方向和“十四五”的研究内容 4.3.1 面向2035的研究方向 4.3.2 ‘‘十四五”的研究内容 4.4 重大科学问题或核心技术和预期目标或成果 4.4.1 重大科学问题或核心技术 4.4.2 预期目标或成果5 材料科学与信息科学交叉前沿 5.1 国家重大需求 5.2 本方向的特点和创新点 5.3 面向2035的研究方向和“十四五”的研究内容 5.3.1 面向2035的研究方向 5.3.2 “十四五”的研究内容 5.4 重大科学问题或核心技术和预期目标或成果 5.4.1 重大科学问题或核心技术 5.4.2 预期目标或成果6 材料科学与仿生科学交叉前沿 6.1 国家重大需求 6.2 本方向的特点和创新点 6.3 面向2035的研究方向和“十四五”的研究内容 6.3.1 面向2035的研究方向 6.3.2 “十四五”的研究内容 6.4 重大科学问题或核心技术和预期目标或成果 6.4.1 重大科学问题或核心技术 6.4.2 预期目标或成果7 材料科学与制造科学交叉前沿 7.1 国家重大需求 7.2 本方向的特点和创新点 7.3 面向2035的研究方向和“十四五”的研究内容 7.3.1 面向2035的研究方向 7.3.2 “十四五”的研究内容 7.4 重大科学问题或核心技术和预期目标或成果 7.4.1 重大科学问题或核心技术 7.4.2 预期目标或成果8 材料科学与深空深海深地科学交叉前沿 8.1 国家重大需求 8.2 本方向的特点和创新点 8.3 面向2035的研究方向和“十四五”的研究内容 8.3.1 面向2035的研究方向 8.3.2 “十四五”的研究内容 8.4 重大科学问题或核心技术和预期目标或成果 8.4.1 重大科学问题或核心技术 8.4.2 预期目标或成果9 前沿科学交叉融合与颠覆创新研究的政策建议 9.1 前沿科学交叉融合与颠覆创新研究的重大战略意义 9.1.1 前沿科学交叉融合与颠覆创新已成为竞争的制高点 9.1.2 前沿科学交叉融合与颠覆创新具有的作用 9.1.3 前沿科学交叉融合与颠覆创新是科技产业实现突破的关键 9.2 科技管理创新 9.2.1 设立前沿科学交叉融合颠覆创新专门管理机构 9.2.2 设立前沿科学交叉融合颠覆创新专门研究机构 9.2.3 设立前沿科学交叉融合颠覆创新专项基金 9.3 颠覆创新项目管理机制创新 9.3.1 建立颠覆创新的项目甄别机制 9.3.2 建立多元化颠覆创新的项目支持机制 9.3.3 建立容错和风险防范机制附件 附件1 材料科学交叉前沿专题专家组名单 附件2 材料科学交叉前沿专题秘书组名单

摘要与插图

材料科学交叉前沿概述

材料是人类物质文明的基础，是国民经济、社步和国家的物质基础与先导。在21 世纪，材料科学（Materials Science)、信息科学(Information Science)和生命科学（Life Science）被人们并列为三大支柱学科，材料科学与信息科学、生命科学、能源科学及其他学科的交叉和融合，已成为材料科学发展的重要趋势和驱动力。材料科学交叉前沿（Materials Science Interdisciplinary Frontiers）和材料基因组学（Materials Genomics）思想的发展，引起了材料科学技术的变化，大量具有能、新效应的材料不断涌现，成为材料科学领域的前沿发展方向，也是材料科学领域竞争的焦点。材料科学交叉前沿是新技术的一个重要标志。

面向2035，针对国家重大需求，从交叉前沿与颠覆创新研究的战略意义出发，材料科学交叉前沿战略研究提出了材料科学与物理学和数学交叉前沿、材料科学与生命科学和医学交叉前沿、材料科学与能源科学交叉前沿、材料科学与信息科学交叉前沿、材料科学与仿生科学交叉前沿、材料科学与制造科学交叉前沿、材料科学与深空深海深地科学交又前沿等7个方向。

1.pan style="font-family:宋体">材料科学与物理学和数学交叉前沿

以物理学理论指导新概念能材料的设计、制备和应用，产生一系列新材料和新器件,以满足我国未来5G/6G(5/6th Generation Mobile CommunicationTechnology,第5/6代移动通信技术）、量子通信（Quantum Communication)和量子计算（Quantum Computing）、物联网、人机交互、虚拟现实（Virtual Reality）和自动驾驶等新兴产业对高能材料的需求。物理学前沿与材料科学的交叉融合，必将产生新的颠覆的材料和器件，使我国在该领域的研入方队，掌握未来不被“卡脖子”甚反制的关键技术，培育域科技发展的原始创新能力和核心竞争能力。

大数据(Big Data）与人工智能(Arifcial Inteligence,缩写为AID，是新一轮科技和产业变革的重要力量，是推括材料科学在内的各个领域研究范式变革的基石，利用A1技术为材料科学基础研究领域赋能，突破在材料科学、数学、物理学和化学等领域的科研瓶颈，提升材料科学领域中重大问题的解决能力，推动材料科学研究范式的变革。

1.2材料科学与生命科学和医学交叉前沿

健康是人民实现美好生活的基础和前代生物科学技术的发展和临床医学巨大需求的驱动，了材料科学与生命科学和医学的交又，使生物医用材料科学与产业发生变革，在全球范围内发展成为一个具有高附加值的新兴高科技产业。材料科学与生命科学和医学的深度交叉融合，有助于从分子上认识材料与生命体之间的界面相互作用和动态交流，深度理解材料/生物体界面生物微环境的变化对组织原位再生修复的影响机制，通过材料与病变特征微环境的相互作用，激发材料的自修复生能，建立“感知-调节-修复”的负反馈通路，并在人体器官研究重大疾病的发病过程和机理，提升重大疾病诊断与的度和有效，终填补我国在健康产业的巨大需求，提高我国在领域的创新理念和核心竞争力，打破国外技术垄断和降低对国外产品的依赖。

1.3材料科学与能源科学交叉前沿

人类对新能源的利用开启了新的时代，成为历史的里程碑。从植物能源到化石能源，分别支撑了农业、工业和信息时代，当前，能源需求的日益增长，成为当前社会发展的一个重大课题。太阳是地球大的能量来源，氢（Hydrogen）是自然界富有的能源载体，可实现能源利用物质的闭环系统，具有可持续，可以支撑信息时代产业变革、信息和物质爆炸式增长对清洁能源急剧增长的需求，为此，亟须发展高适应、全光谱、率的太阳能发电和氢能创新技术体系，新能源技术与新材料技术的融合，不仅推动了新能源技术的变革，也为新材料技术发展提供了巨大空间。