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《國家自然科學基金“十三五”發展規劃》工程與材料科學部優先發展領域：
（1）亞穩金屬材料的微結構和變形機理
主要研究方向：發展新型具有特殊性能的非晶態合金體系；複雜合金相的結構和性能研究；結構特徵與表徵方法；結構與熱穩定性；變形機理及強化機制；脆性斷裂機理及韌化；深過冷條件下的凝固行為及晶體形核和生長過程研究。
（2）高性能輕質金屬材料的製備加工和性能調控
主要研究方向：輕質金屬材料（鋁、鎂、鈦合金和泡沫金屬等）合金設計、強韌化機理及組織性能調控研究；先進鑄造、塑性加工以及連接過程中的工藝、組織和性能調控的基礎理論研究；使役性能與防護基礎理論研究；燒結金屬孔結構控制基礎研究。
（3）低維碳材料
主要研究方向：低維碳材料的結構特徵及其新物性的物理起因；低維碳材料中電子、光子、聲子等的運動規律和機制；低維碳材料的可控制備原理與規模化製備方法；低維碳材料的新物性、新效應、新原理器件和新應用探索。
（4）新型無機功能材料
主要研究方向：基於微觀物理模型和物理圖像的高溫超導機理研究與應用；多鐵性材料的合成和磁電耦合機理與應用；超材料的結構設計原理及其新效應器件；阻變材料的物理機制和器件憶阻行為的可調控性及原型器件研究。
（5）高分子材料加工的新原理和新方法
主要研究方向：高分子材料加工中結構演變的物理與化學問題；高分子材料非線性流變學，以及高分子加工不穩定現象的機理；高分子材料加工的多尺度模擬與預測；高分子材料加工的在線表徵方法；微納尺度加工等新型加工方法，以及基於原理創新的加工技術。
（6）生物活性物質控釋/遞送系統載體材料
主要研究方向：生物啟發型和病灶微環境響應載體材料；疾病免疫治療藥物載體材料；核酸類藥物載體材料及其遞送系統；具高靈敏度、組織和細胞高靶向性及信號放大功能的分子探針，以及診－治一體化的高分子載體材料及其遞送系統。
（7）化石能源高效開發與災害防控理論
主要研究方向：實鑽地層物化特性和岩石力學；油氣藏開發，複雜工況管柱與管線，複雜油氣工程相互作用及流動；開採條件下巖體本構關係，多相、多場耦合的多尺度變形破壞機理；極端條件下開採機器人化的信息融合與決策。
（8）高效提取冶金及高性能材料製備加工過程科學
主要研究方向：冶金關鍵物化數據；選冶過程物相結構演變；反應器新原理與新流程，低碳鍊鐵；高效轉化與清潔分離，二次資源利用，高效連鑄；高性能粉末冶金材料；多場作用下的金屬凝固；界面科學；冶金過程高效利用。
（9）機械錶面界面行為與調控
主要研究方向：界面接觸與粘著機理；表/界面能形成機理及應用；受限條件下界面行為調控；運動體與介質界面行為；生物組織/人工材料界面行為；生物組織界面損傷與修復。
（10）增材製造技術基礎
主要研究方向：高效、高精度增材製造方法；先進材料增材製造技術及性能調控；材料、結構與器件一體化製造原理與方法；生物3D打印及功能重建；多尺度增材製造原理與方法。
（11）傳熱傳質與先進熱力系統
主要研究方向：非常規條件及微納尺度傳熱的基礎研究；基於先進熱力循環的新型高效能量轉換與利用系統；生物傳熱傳質基礎理論及仿生熱學；熱學探索－熱質理論的微觀基礎及其與宏觀規律的統一。
（12）燃燒反應途徑調控
主要研究方向：基於燃料設計和混合氣活性控制的燃燒反應途徑調控研究；非平衡等離子體燃燒反應途徑調控研究；以催化輔助、無焰燃燒、富氧燃燒和化學鏈燃燒等新型燃燒技術為主燃燒反應途徑調控研究；基於尺度效應的燃燒反應途徑調控；基於物理過程控制的燃燒反應途徑調控。
（13）新一代能源電力系統基礎研究
主要研究方向：新一代能源電力系統的體系架構及系統安全穩定問題作用機理（包括智能電廠和智能電網等方面）；電工新材料應用及新裝備的研製、運行和服役中的相關科學問題；多種能源系統的互聯耦合方式；供需互動用電、能源電力與信息系統的交互機制；系統運行機制與能源電力市場理論；網絡綜合規劃理論與方法。
（14）高效能高品質電機系統基礎科學問題
主要研究方向：電－磁－力－熱－流體多物理場交叉耦合與演化作用機理；“結構－製造－性能－材料服役行為”的耦合規律和綜合分析方法；多約束條件下電機系統及其驅動控制；電機系統的新型拓撲結構、設計理論與方法、製造工藝、控制策略。
（15）多種災害作用下的結構全壽命整體可靠性設計理論
主要研究方向：多種災害（地震、風災、火災、爆炸等）作用下的土木工程結構全壽命可靠性設計理論與方法；多種災害作用危險性分析原理，工程結構時、空多尺度破壞規律，高性能結構體系與可恢復功能結構體系，防禦多種災害的結構整體可靠度設計理論與方法。
（16）綠色建築設計理論與方法
主要研究方向：建築形體、空間、平面和構造與綠色建築評價指標體系的耦合作用規律；不同地域綠色居住建築模式、公共建築和工業建築綠色設計的原理、方法、技術體系和評價標準。
（17）面向資源節約的綠色冶金過程工程科學
主要研究方向：外場強化下的資源轉化機理和節能理論；非常規介質特別是高溫熔體中強化反應傳遞過程的機理和調控機制；物質相互作用的特殊現象和反應機理、熱力學與動力學調控機制；多因素多組元固/液/氣界面結構及界面反應；反應器內及各種物理場下的化學反應、物質、能量傳輸的耦合機制；資源利用過程中的高效、低碳排放轉化的共性科學問題。
（18）重大庫壩和海洋平臺全壽命週期性能演變
主要研究方向：深部岩土破壞力學；庫壩和海洋平臺材料性能演變；庫壩和海洋平臺多相多場耦合與性能演變及災變風險；庫壩和海洋平臺的實時監控與防災減災。
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