科技部公布了《国家重点研发计划“变革性技术关键科学问题”重点专项2021年度项目申报指南》。根据指南，2021 年该重点专项将围绕空间、电子信息、材料、地学及生命等 5 个领域方向部署项目，优先支持 34 个指南方向（其中包括 4 个青年科学家项目指南方向）。每个指南方向原则上只支持 1 项项目，仅申报项目评审结果相近，技术路线明显不同时，可同时支持 2 项，并建立动态调整机制，根据中期评估结果，再择优继续支持。每个青年科学家项目指南方向支持不超过 5 项项目。2021 年度本重点专项拟部署项目的国拨概算总经费为 6.37亿元（其中拟支持青年科学家项目不超过 20 个，国拨总经费不超过 8000 万元）。
以下是34个指南方向中涉及材料的：
01
面向宽温域功能器件的连续组分外延薄膜技术与材料
研究内容：以宽温域实用功能器件为牵引目标，发展水平方向化学组分连续变化的外延薄膜生长技术和匹配的水平空间跨尺度表征技术；制备连续组分铁电和热电功能材料单晶薄膜；获得居里温度和热电优值等关键参量随精细组分的定量化规律；研究连续组分外延薄膜宽温域下参量调控机制；研制基于连续组分外延薄膜的宽温域连续响应功能器件。
考核指标：制备出水平方向具有连续化学组分的铁电和热电
外延薄膜，单批次组分跨度≥0.1/cm，实现厘米至微米量级的结 构和物性跨尺度表征；连续组分外延热电薄膜在 250~350K 温域内实现稳定的高热电性能，热电功率因子达到 50μWcm-1K-2 ，平均zT 值达到 1.3；连续组分铁电外延薄膜在常温附近 100K 范围内保持介电常数可调率≥60%，器件电容可调率≥50%，Q 值≥ 80，响应时间≤100µs，频率可调率≥25%。
02
面向半导体集成的铁电调控新功能器件
研究内容：面向半导体集成多功能电子和光电子器件的发展
需求，开展铁电氧化物薄膜和二维层状材料与第二、三代半导体相兼容的异质集成技术和可控制备工艺的研究；研究铁电-半导体界面特性及其功能器件极化调控规律，突破常规晶体管的性能瓶颈；构建铁电多功能性调控金属离子发光物理模型和技术方法， 革新传统的发光触发和调制技术，研究铁电氧化物的多功能性与半导体光电特性的耦合，实现基于新机制的半导体集成的铁电功能调控光电子器件。
考核指标：发展铁电材料与第二、三代半导体的异质集成工艺，实现基于铁电调控的半导体晶体管，电流开关比≥1×106，亚阈值摆幅≤60 mVdec-1（常规晶体管理论最小极限值）；设计并研制出 2~3 种具有自主知识产权的半导体集成的铁电氧化物原位可逆调控金属离子光电子原型器件，包括可寻址的光发射和换能的多模式一体化阵列，电控光致发光调制器和多模态存储器等，集成器件工作电压≤10V，光谱动态调控范围 420~1600nm。
03
生物过程启示的陶瓷材料室温制备关键科学问题
研究内容：研究自然制造过程中生物材料组成和显微结构形成过程的典型特征；研究生物环境、类生物环境、生长因子等条件下陶瓷材料合成和显微结构形成动力学过程，开展生物合成陶瓷材料结构形成动力学的跨尺度理论模拟和计算；研究微纳尺度限域环境、外场（光、力、电）等辅助条件对物质传输、反应和组装致密化机制的影响，设计和研发陶瓷材料室温制备装备，优化制备工艺参数，研制宏观尺寸工程陶瓷材料。
考核指标：阐明生物基元、类生物功能基元、生长因子、生物环境等对陶瓷材料组成和结构形成动力学的影响规律，揭示限域环境、辅助外场作用下的陶瓷材料致密化机理及复杂结构表界面稳定机制，形成生物过程启示的陶瓷材料制备技术理论基础， 发展相关显微结构表征技术；发展陶瓷材料室温制备新技术，研制 1~2 种宏观尺寸的工程陶瓷材料，尺寸达到 5~10cm，硬度：4~8GPa，抗弯强度：100~200MPa，弹性模量：30~70GPa。
04
大尺寸异形构件的热防护材料及其制造技术
研究内容：面向大尺寸异形构件整体制造及热防护的需求， 研究多元超高温陶瓷复合材料高温长时抗氧化机制，优化设计宽温域抗烧蚀多元超高温陶瓷组分；研究反应熔渗法制备大尺寸构件的多元超高温陶瓷生长机制，发展陶瓷与碳/碳材料结构功能一体化的梯度复合方法；研究大尺寸构件碳基体与陶瓷相的定向引入方法、应力形成机制与变形控制方法，形成大尺寸异形构件整体制造与分区域热防护制备技术。
考核指标：热防护性能指标为：2500~3000℃，2000s 线烧蚀率为 10-3mm/s 量级；2500℃以下，2000s 线烧蚀率为 10-5mm/s 量级。形成 1000mm 量级非回转体舱段缩比件的热防护/承载一体化整体制造技术，构件材料密度≤2.3g/cm3；材料室温拉伸强度≥200MPa，室温弯曲强度≥200MPa，2000℃高温拉伸和弯曲强度≥150MPa；完成整体构件地面热静力试验。空间环境中新材料制备原理与特种成形技术基于空间环境的特殊条件，探索新材料变革性制备原理与特种成形技术。揭示超高温金属材料的液态热物理性质，探索空间快速凝固动力学规律；研究新型大块非晶与稀土磁性合金的空间制备与成形过程，优化非晶/纳米晶软磁合金组织和磁性能；探索空间环境中液相分离机理，发展高性能稀土镁合金特种成形技术；研究无机功能晶体的空间生长动力学及其生物医学特性，实现其结构和缺陷的主动调控；建立有机功能材料和纳米复合材料的空间合成新途径，发展新型凝胶润滑材料和含浸润滑剂多孔纳米复合材料。
05
基于范德华外延—剥离转印的半导体器件制作新方法
面向未来信息系统对高性能半导体器件的需求，突破衬底对器件性能的限制，探索基于范德华外延—剥离转印的器件制作新方法，实现不依赖外延关系的衬底选择，为高效率光电器件和大功率射频器件的研制提供变革技术。
06
基于声波新原理激励小型化天线技术
面向低频天线机动化和高频天线芯片化的重大应用需求，研究多频段小型化声波激励天线新机理、新材料和新工艺，突破天线尺寸数量级缩减的技术瓶颈和传统天线辐射效率与带宽的物理极限，实现天线技术在尺寸和性能上的跨越。
07
高灵敏高速高温超导单光子探测材料与器件
面向自由空间光通信对轻质小型、高灵敏光子探测器的迫切需求，聚焦星间激光通信等航空航天国家重大战略，开展新型结构高温超导薄膜制备过程与跨尺度物性理论研究和工艺优化设计；揭示基于量子金属态的新型超导量子效应形成机制；建立微结构与库珀对输运特性的构效关系和评价准则；发展基于高温超导体量子金属态的高灵敏、高速单光子探测原型器件。
08
稀土基新型电子相变半导体与敏感电阻器件
围绕国家战略，从电子材料角度变革现有突变式敏感电阻元器件技术；发展稀土镍基氧化物等新型电子相变材料的非真空制备技术并结合理论计算优化其制备工艺；发展其金属绝缘体相变温度在宽温区范围的精准设计方法；研究其高压诱导电子相变特性与机理；研究其氢致电子相变特性、机理、与潜在器件应用； 制作稀土基突变式热敏、压力敏感电阻原型器件。
09
材料领域青年科学家项目
针对强自旋轨道耦合材料、二维量子材料、光—电—磁功能材料、柔性材料、生物医药材料等新概念功能材料与器件领域中的基础科学问题开展研究。
