功能導向晶態材料的結構設計和可控制備

功能導向晶態材料的結構設計和可控制備中的態材料是長程有序固態材料的總稱。

基本介紹

• 中文名：功能導向晶態材料的結構設計和可控制備
• 主任：孫家廣
• 責任編輯：王麗汴 楊惠民

基本信息

編輯委員會
主任：孫家廣
副主任：王長銳
委員：韓宇 韓建國 汲培文 梁文平 馮雪蓮 柴育成
黎　明 張兆田 高自友 董爾丹 韓培立
責任編輯：王麗汴 楊惠民

內容介紹

功能導向晶態材料的結構設計和可控制備為國家自然科學基金委員會重大研究計畫項目。

晶態材料是長程有序固態材料的總稱，具有結構有序穩定、構效關係清楚、本徵特性多樣、物理內涵豐富、易於複合調控等特徵。晶態材料研究正在向以功能為導向，通過結構設計和可控制備獲得所需套用特性材料的方向發展。

一、科學目標

本重大研究計畫以晶態材料為研究對象, 以巨觀性質(光、電、磁及其複合性能)與微觀(電子、分子、聚集態)結構之間內在關係為主線,旨在揭示決定晶態材料巨觀性質的功能基元及其在空間的集成方式,發展功能基元理論,深化對晶態材料功能特性和功能基元本質的認識;開展具有重大科學意義和套用前景的功能晶態材料的設計、合成、製備、表征和套用探索研究,為實現晶態材料功能導向的結構設計和可控制備提供新理論、新方法與新材料體系,推動相關學科的發展。

本重大研究計畫以晶態材料的關鍵基礎科學問題為核心，充分發揮化學、物理、材料和信息等多學科交叉合作的優勢，注重創新性和前沿性，著力提升我國材料研究的綜合實力和自主創新能力，凝聚和培養具有國際影響的人才隊伍，為國民經濟和社會可持續發展作出重大貢獻。

二、核心科學問題與2011年度重點資助的研究方向

本重大研究計畫圍繞決定晶態材料特性的關鍵功能基元、晶態材料巨觀功能與微觀結構的關係和基於功能基元晶態材料的設計原理和可控制備三個關鍵科學問題開展研究工作。2011年度重點資助以下方面的研究工作：

1．晶態材料功能基元、構效關係及其規律的研究

圍繞晶態材料功能基元的結構特徵，重點開展以下工作：

（1）建立與發展新的理論方法，在多層次多尺度上計算、模擬和預測材料的結構與性質（如磁性、電性和光學性質），探索和揭示晶態材料功能特性的起源及其關鍵功能基元。

（2）揭示晶態材料功能基元（電子、原子、離子、分子、基團和疇結構與相結構等）間的相互作用方式（如共價鍵、離子鍵、配位鍵、氫鍵及弱相互作用等）與其性能（包括光、電、磁及其複合功能）的關係，闡明晶態功能材料巨觀對稱性與性質之間的關係。

（3）系統開展晶態材料的功能基元組裝、修飾和光/電/磁性質調控等研究,觀測相關體系在外界擾動(磁場、電場、光場、溫場、力場等)下的物性回響，探討晶態材料中電子輸運、磁有序和能量轉換等基本問題,尋找具有實用價值的功能調控方法。

2．功能導向新型晶態材料的設計

根據結構與功能之間的關係及其規律，設計和合成新型晶態材料，重點開展以下工作：

（1）基於功能基元及材料體系理論，發展“分子工程學”、“晶體工程學”等方法，開展計算材料學研究，指導材料設計工作。

（2）設計和合成具有關鍵功能基元和特殊結構的材料體系，研究其在非線性、雷射、發光、電、磁及複合性能等方面的特性，揭示結構與性能間的關係，發現新型晶態功能材料。

3．新型晶態功能材料的可控制備與表征

發展晶態功能材料的合成、製備和表征新方法，重點開展以下工作：

（1）系統發展功能基元的組裝方法和技術，通過功能基元的結構最佳化和裁剪，製備新型功能晶態材料。通過結構調控實現特定結構晶態材料的可控生長,實現功能的增強與複合。

（2）發展極端條件下的合成新方法，重點研究亞穩相晶態材料及薄膜、界面結構材料的製備技術。

（3）建立功能基元及材料的探測與表征新方法，重點發展原位、實時、微區結構的測量技術，表征晶態材料的相關性能。鼓勵利用國家大科學裝置進行晶態材料的物性和機理研究。

4．功能導向新型晶態材料

基於我國在相關研究領域的優勢，結合上述研究內容，著重開展以下體系的研究：

（1）光學和發光材料：重點研究新波段和新結構類型的雷射和非線性光學晶體材料，白光和上轉換髮光材料，基於配位化合物和人工微結構的光學和發光材料等。

（2）電、磁功能材料：研究新結構類型的具有電、磁功能的非金屬晶態材料。重點研究電光、壓電和磁性材料等。

（3）複雜體系及功能複合材料：研究具有電荷、自旋、軌道和晶格間相互作用的複雜體系功能材料和功能複合材料。重點研究非常規超導材料、新型磁電阻材料、巨熱電材料、光電轉換材料和光功能複合晶體材料等。

三、2011年度申請要求與資助規模

本重大研究計畫2010年度共受理項目申請125項，其中“重點支持項目”28項、“培育項目”97項，另有不符合申請要求的項目6項。申請項目覆蓋4個科學部的15個學科。共資助“重點支持項目”8項（資助經費1 930萬元）和“培育項目”28項（資助經費1 420萬元）。

2010年度資助項目在研究方向、研究內容和研究思路等方面總體上體現了本重大研究計畫的宗旨和指導思想，但是也有一些申請項目缺乏理論與實驗的結合，缺乏不同相關學科的交叉融合以及缺乏對晶態材料功能基元、構效關係及其規律的探索等，未能體現本重大研究計畫“功能導向與結構設計”的基本要求。

2011年度的項目申請必須強調功能導向和結構設計的要求，進一步加強化學、材料、物理、信息等學科間的交叉和融合，鼓勵理論與實驗的緊密結合，深化對晶態材料功能基元的結構特徵的探索研究。申請人應注意項目申請與“可控自組裝體系及其功能化”等相關重大研究計畫的區別。鑒於“納米科技基礎研究”重大研究計畫等對納米材料研究已有較多支持，本重大研究計畫不受理有關納米材料研究的項目申請。

本重大研究計畫主要以“培育項目”和“重點支持項目”的形式予以資助，兩類項目在要求和資助強度上有所不同。對原創性強、挑戰性大，但相關工作基礎相對薄弱的申請將以“培育項目”形式予以資助，其中對有學科交叉特色的申請將予以優先支持；對有很好研究基礎和積累，有明確的重要科學問題，同時具有實質性學科交叉特點的申請將以“重點支持項目”形式予以資助，同時要求有不同學科研究隊伍的共同參與項目研究。所有項目申請必須體現功能導向與結構設計的基本要求。

2011年度擬資助“培育項目”約30項，資助強度不低於50萬元/項，資助期限為3年；擬資助“重點支持項目”約8項，資助強度約250萬元/項，資助期限原則上為4年。2011年度資助總經費約3 500萬元。

四、遴選項目原則

為確保實現總體目標，本重大研究計畫鼓勵：

（1）具有原始創新思路和獨具特色的探索性研究；

（2）與總體目標緊密相關的關鍵科學技術問題研究；

（3）化學、數理、材料和信息等學科的交叉合作研究；

（4）吸收海外優秀科學家參與的國際合作研究。

五、申請注意事項

（1）申請人在撰寫申請書前，應當認真閱讀本《指南》。申請書的研究內容和研究目標必須與本重大研究計畫密切相關。為避免重複資助，項目申請應注意與重大科技專項、863和973等國家相關科技計畫的區別與側重。不符合《指南》或與其他重大研究計畫內容重複的項目申請不予受理。

（2）根據重點資助的研究方向，申請人可自主擬定項目名稱、科學目標、研究內容、技術路線和相應的經費預算。

（3）申請書中的資助類別選擇“重大研究計畫”，亞類說明選擇“培育項目”或“重點支持項目”，附註說明選擇“功能導向晶態材料的結構設計和可控制備”（以上選擇不準確或未選擇的項目申請將不予受理）。根據申請的具體研究內容選擇相應的申請代碼。

（4）申請書由化學科學部負責受理。