根据《国务院关于改进加强中央财政科研项目和资金管理的若干意见》（国发〔2014〕11号）、《国务院关于深化中央财政科技计划（专项、基金等）管理改革方案的通知》（国发〔2014〕64号）、《国家重点研发计划管理暂行办法》（国科发资〔2017〕152号）等文件要求，现将“变革性技术关键科学问题”重点专项2020年度项目申报指南公开征求意见（其中指南方向28~49为指向性指南方向）。征求意见时间为2019年10月11日至2019年10月25日。

　　国家重点研发计划相关重点专项的凝练布局和任务部署已经战略咨询与综合评审特邀委员会咨询评议，国家科技计划管理部际联席会议研究审议，并报国务院批准实施。本次征求意见重点针对各专项指南方向提出的目标指标和相关内容的合理性、科学性、先进性等方面听取各方意见。科技部将会同有关部门、专业机构和专家，根据征求意见情况，修改完善项目申报指南。征集到的意见将不再反馈和回复。

　　变革性技术是指通过科学或技术的创新和突破，对已有传统或主流的技术、工艺流程等进行一种另辟蹊径的革新，并对经济社会发展产生性、突变式进步的技术。“变革性技术关键科学问题”重点专项重点支持相关重要科学前沿或我国科学家取得原创突破，应用前景明确，有望产出具有变革性影响技术原型，对经济社会发展产生重大影响的前瞻性、原创性的基础研究和前沿交叉研究。

　　2020年本重点专项将围绕制造、信息、能源、材料、地学、生命、数学等 7 个领域方向部署项目。

　　研究内容：针对化石能源洁净无污染制氢以及可再生能源低成本大规模制氢的重大需求，突破传统热化学制氢技术瓶颈，研究超临界水热化学还原大规模制氢装备的关键制造科学问题与技术。主要包括：超临界水热化学还原制氢反应原理及大型反应器制造理论；大型固体原料高压连续输送、排渣原理及装备的设计方法；超临界水热化学还原制氢反应器材料—结构—反应一体设计制造理论；超临界水制氢反应器材料的腐蚀、渗氢机理及其对制氢装备服役性能的影响规律；超临界水热化学还原制氢系统集成理论及参数测量与控制。

　　考核指标：阐明超临界水热化学还原大规模制氢原理，建立制氢关键装备在极端服役条件下的设计、制造及安全服役理论。形成大规模制氢系统的固体原料高压连续进料、高温高压反应器、有害物质富集与在线排出关键技术及装备的制造工艺。研制出包含大型高温高压反应器（内径 1m 级）、固体原料高压连续输送系统（输送的原料浓度60%，压力30MPa）的制氢样机 1 套，实现氢气产量1000Nm3/h，煤制氢能耗下降 30%，主要污染物（SOx、NOx、PM2.5）零排放和 CO2自然富集。

　　研究内容：围绕真空沸腾光场对高性能超大口径光栅的需求，研究基于大面积反射式一次静态曝光技术的大口径光栅制造关键科学问题与技术。主要包括：揭示干涉曝光光场中离轴反射镜表面质量和曝光环境对相干噪声的影响规律，探究光刻胶在超大超重光栅基板表面流动特性及成膜机制，研究无缝掩膜制作工艺及其复形结构形成及演化机制，探究槽型控制、缺陷种类、界面材料、膜层粘附力等对无缝脉宽压缩光栅衍射效率、光谱带宽、抗激光损伤阈值的影响规律，形成大面积、高精度光栅微纳结构掩膜制备及其转移和复形技术，实现具有自主知识产权的大口径无拼缝脉冲压缩光栅关键制造装备和技术。

　　考核指标：阐明反射式静态干涉曝光系统离轴反射镜等关键元件表面质量与相干光互作用机制，揭示各工艺环节对光栅衍射效率、带宽、损伤阈值等性能的影响规律。开发全口径反射式静态曝光装备一套（包括离轴反射镜、大口径高精平面镜、高稳光学平台等），其不均匀性优于±5%；开发双向米量级超重光栅基板涂胶装备一台，其不均匀性优于±3% ；研制出光栅样件，口径不小于 1600mm×1050mm×160mm，200nm 带宽内衍射效率≥90%，抗激光损伤阈值优于 0.17J/cm2。

　　研究内容：面向高集成度、高功率电子系统发展需求，研究受限微流体高效热输运机理，发展流—固—热—力—电多要素仿真分析与协同优化技术，建立超高热流密度冷却新方法；研究高热导率材料原位合成及微加工工艺，发展低热阻冷却系统集成制造关键技术；研制超高热流密度散热器和高功率冷却系统演示模块，完成冷却能力测试。

　　考核指标：研制芯片尺度超高热流密度散热器，单片集成材料种类≥3 种；冷却能力≥1500W/cm2；高效热管理系统演示模块尺寸≤50mm×50mm×15mm，冷却能力≥2.5kW，在高集成度雷达、高频信号发射源等系统实现应用验证，冷却热流密度相比传统液冷冷板等经典散热技术提升10 倍以上。

　　研究内容：针对传统易失性动态随机存储器（DRAM）的效能瓶颈，突破非易失性自旋轨道矩驱动型磁随机存储器（SOT-MRAM）的器件物理和集成限制，推动 SOT-MRAM对现有 DRAM 的更新替代。研究室温、无外加磁场条件下非易失性自旋轨道矩（SOT）诱导电流驱动自旋的定向翻转机理，探索新的全电控 SOT 自旋翻转新方法；研究SOT自旋存储器件的功能特性以及与 CMOS 兼容的 SOT-MRAM 后道集成方法。

　　考核指标：提出具有自有知识产权的 1～2 种全电控的SOT 自旋翻转新方法；研制非易失性 SOT-MRAM 的磁隧道结存储单元，关键性能指标相比 DRAM 提升 1 个数量级以上，即：写速率5ns，能耗10pJ，写入次数1012；制备出全电控的 SOT-MRAM，容量≥16Kb，特征尺寸90nm。

　　研究内容：面向超高频、高真空等电子器件的精准、快速分析设计需求，构建压电器件、真空器件等的电/磁/力/热等多物理场三维精确仿真模型；研究三维模型计算的加速方法，以及多物理场联合仿真技术，建立适应超高频、高真空等模拟电子器件的全自主仿真工具。

　　考核指标：提出超高频、高真空等电子器件的三维模型计算加速方法，建立电/磁/力/热等多物理场三维联合仿真平台；对千根金属电极计算规模的典型压电器件，仿真速度比商用 ANSYS 软件提高 3 个数量级以上，单频率点仿真速度达到分钟级；对带状注非线性典型真空器件，仿真速度比商用软件 MAGIC 或 CST 商用软件提高 2 个数量级，单频率点全过程的仿线.高分辨率低剂量动态 X 射线成像技术

　　研究内容：面向重大疾病早期诊断等重大需求，研究高性能金属卤化物材料，厘清 X 射线光电转换和信号倍增机理，发展暗电流抑制技术，提高成像动态响应区间，突破传统 X 射线探测器转换效率低、信号串扰等瓶颈，实现基于金属卤化物的高分辨、高灵敏、高稳定 X 射线成像新技术。

　　考核指标：发展 2 种非铅金属卤化物闪烁体厚膜(25cm2)，量子产额大于 90000 光子/MeV,辐射寿命小于10ns;制备 100cm2尺寸的金属卤化物单晶，50Gyair 辐照剂量下稳定；研制基于金属卤化物探测器的 X 射线成像器件，相比经典闪烁体间接成像灵敏度提高 10 倍以上，达到 10000μCGyair-1cm-2,同时空间分辨率达到 15lp/mm；研发动态 X射线成像原理样机，成像剂量为目前商用平板探测器的 1/10，实现体模动态成像的演示验证。

　　研究内容：发展合成氨催化剂新途径和新体系，研究催化新途径和新体系的反应机理，开发催化剂体系的配套工艺技术，形成合成氨升级换代成套新技术。

　　考核指标：阐明 N-N 键活化和 N-H 键形成的催化作用原理，研制出 2～3 类新型催化剂，实现温和条件合成氨，在温度≤250℃，压力≤1.0MPa 下产氨速率≥5.0mmol.gcat-1.h-1，完成新型催化剂 3000 小时以上的稳定性模拟实验，形成自有知识产权的变革性合成氨技术。

　　研究内容：面向低成本太阳能聚光发电，发展无机械运动装置的反射式平面超表面太阳能线性聚光器。基于等效媒质理论和光学变换理论，研究聚集过程能量高效传递机理，揭示电介质超表面对宽频、宽入射角太阳辐射的有效聚集方法；研究超表面规模化制备技术；提出与聚光能流密度分布耦合的高效光热转换方法，形成“太阳能—聚集—热转换”系统。

　　考核指标：聚光比≥70，接收波长范围 400～3000nm，入射光接受角范围 170°，聚光过程能量损失不大于 8%，聚光器单片尺寸≥600mm1000mm，材料制备支持底板并行加工方法；研制基于以上聚光器的光热转换原理样机，输出热功率≥5kW，液体工质温度≥400℃。

　　研究内容：研究离子液体多位点相互作用及协同调控机制，揭示离子微环境活化 C-O 键及 C-H、C-C 化学键重构机理；研究离子液体微环境强化反应/传递多尺度耦合机制，开创新一代多相微通道高效离子床反应器；突破离子液体催化CO2 合成碳酸酯/环状聚碳、电化学还原 CO2 合成甲醇/多碳醇等新过程的精准调控及工程化难题，开辟离子液体强化CO2转化的原子经济性利用新途径。

　　考核指标：研制 3 种以上具有工业化应用价值的新型离子液体催化剂和 2 种以上新型离子液体反应器；形成离子液体催化 CO2合成碳酸酯/环状聚碳新技术，实现低温（≤80℃）、低压（≤5bar）下，单程转化率≥90%，CO2总利用率≥98%，产品选择性≥99%，在工业规模示范装置上获得验证及应用；形成离子液体强化 CO2电化学合成甲醇/多碳醇新技术，电流密度≥500mA/cm2、法拉第效率≥65%，CO2利用率≥50%，研制多级串并联模块化装置、单级规模≥50 升，实现单程转换效率≥35%，稳定性≥100 小时。

　　研究内容：针对超高清显示产业需求，研发在不滤光条件下可实现广色域的窄谱带高效率有机发光材料，设计开发新一代窄谱带有机发光材料体系，应用于高能效超高清有机显示器件。在宏观与微观水平上揭示有机发光材料中多激发态耦合与演变的时空规律，为激发态调制提供新方法。

　　考核指标：在分子尺度上监测激发态的产生、演变及关联过程，阐明激发态光子/声子相互作用机制；设计开发的有机发光材料发射峰半峰宽不大于 0.14eV，研制的有机显示器件单元在不滤光条件下其色域不低于 90%国际电信联盟(ITU)2020 色彩标准。

　　研究内容：发展利用月壤和火星土壤合成高效地外人工光合成材料的原位制备方法；突破现有人工光合成技术光电转换效率低、产物选择性差的瓶颈，研发具有多场响应和多能转换互补综合性能的地外人工光合成材料新体系；研究地外极端苛刻环境下的高效人工光合成材料使役效应；构建高效地外人工光合成系统，实现在轨实验验证。

　　考核指标：发现 2～3 种可用于地外的新材料并实现地外原位可控制备，CO2 光电转换效率达到 5%以上，功率密度达到 70W/m2。构建多场响应、多能转换互补的地外原位资源利用在轨验证系统，日产氧速率达到 0.27kg/(m2·day)。

　　研究内容：突破单一手性半导体碳纳米管的分离制备瓶颈，研究新型分子调控技术，开发凝胶分子对碳纳米管多重结构的筛选识别技术；研制碳纳米管自动化分离装置，实现直径大于 1 纳米单一手性半导体碳纳米管产业化制备；开发取向碳纳米管薄膜高效印刷技术，研制高性能三维红外光电传感系统。

　　考核指标：单一手性碳管产能达到每台每天 0.1 克（碳管直径1 纳米，半导体纯度99.99%，手性结构纯度90%）；碳纳米管薄膜面积大于 4 英寸（线 根/微米，取向角度偏差小于±30°）；碳纳米管光电集成系统具有三维垂直双层叠加结构，光电流响应变化大于 100（1310 或 1550纳米红外光）。

　　研究内容：发展生物组装自愈合牙修复材料的程序化构筑技术。通过结构及功能协同的晶体/非晶纳米复合材料的可控生长，实现牙齿原位修复。结合干细胞调。