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  主要研究方向：團簇的精準制備、本征性質(zhì)表征和理論；團簇的動態(tài)生長、機理、結(jié)構(gòu)和性能；團簇多級結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑與協(xié)同效應；仿生團簇的生物功能和高效化學活性。

工程與材料科學部優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域
（1）亞穩(wěn)金屬材料的微結(jié)構(gòu)和變形機理
  主要研究方向：發(fā)展新型具有特殊性能的非晶態(tài)合金體系；復雜合金相的結(jié)構(gòu)和性能研究；結(jié)構(gòu)特征與表征方法；結(jié)構(gòu)與熱穩(wěn)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(zhì)金屬材料的制備加工和性能調(diào)控
  主要研究方向：輕質(zhì)金屬材料（鋁、鎂、鈦合金和泡沫金屬等）合金設(shè)計、強韌化機理及組織性能調(diào)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(diào)控的基礎(chǔ)理論研究；使役性能與防護基礎(chǔ)理論研究；燒結(jié)金屬孔結(jié)構(gòu)控制基礎(chǔ)研究。
（3）低維碳材料
  主要研究方向：低維碳材料的結(jié)構(gòu)特征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(guī)律和機制；低維碳材料的可控制備原理與規(guī)模化制備方法；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：基于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(jié)構(gòu)設(shè)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(diào)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(jié)構(gòu)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(wěn)定現(xiàn)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征方法；微納尺度加工等新型加工方法，以及基于原理創(chuàng)新的加工技術(shù)。
（6）生物活性物質(zhì)控釋/遞送系統(tǒng)載體材料
  主要研究方向：生物啟發(fā)型和病灶微環(huán)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(tǒng)；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(tǒng)。
（7）化石能源高效開發(fā)與災害防控理論
  主要研究方向：實鉆地層物化特性和巖石力學；油氣藏開發(fā)，復雜工況管柱與管線，復雜油氣工程相互作用及流動；開采條件下巖體本構(gòu)關(guān)系，多相、多場耦合的多尺度變形破壞機理；極端條件下開采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制備加工過程科學
  主要研究方向：冶金關(guān)鍵物化數(shù)據(jù)；選冶過程物相結(jié)構(gòu)演變；反應器新原理與新流程，低碳煉鐵；高效轉(zhuǎn)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）機械表面界面行為與調(diào)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(diào)控；運動體與介質(zhì)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）增材制造技術(shù)基礎(chǔ)
  主要研究方向：高效、高精度增材制造方法；先進材料增材制造技術(shù)及性能調(diào)控；材料、結(jié)構(gòu)與器件一體化制造原理與方法；生物3D打印及功能重建；多尺度增材制造原理與方法。
（11）傳熱傳質(zhì)與先進熱力系統(tǒng)
  主要研究方向：非常規(guī)條件及微納尺度傳熱的基礎(chǔ)研究；基于先進熱力循環(huán)的新型高效能量轉(zhuǎn)換與利用系統(tǒng)；生物傳熱傳質(zhì)基礎(chǔ)理論及仿生熱學；熱學探索－熱質(zhì)理論的微觀基礎(chǔ)及其與宏觀規(guī)律的統(tǒng)一。
（12）燃燒反應途徑調(diào)控
  主要研究方向：基于燃料設(shè)計和混合氣活性控制的燃燒反應途徑調(diào)控研究；非平衡等離子體燃燒反應途徑調(diào)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(shù)為主燃燒反應途徑調(diào)控研究；基于尺度效應的燃燒反應途徑調(diào)控；基于物理過程控制的燃燒反應途徑調(diào)控。
（13）新一代能源電力系統(tǒng)基礎(chǔ)研究
  主要研究方向：新一代能源電力系統(tǒng)的體系架構(gòu)及系統(tǒng)安全穩(wěn)定問題作用機理（包括智能電廠和智能電網(wǎng)等方面）；電工新材料應用及新裝備的研制、運行和服役中的相關(guān)科學問題；多種能源系統(tǒng)的互聯(lián)耦合方式；供需互動用電、能源電力與信息系統(tǒng)的交互機制；系統(tǒng)運行機制與能源電力市場理論；網(wǎng)絡綜合規(guī)劃理論與方法。
（14）高效能高品質(zhì)電機系統(tǒng)基礎(chǔ)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(jié)構(gòu)－制造－性能－材料服役行為”的耦合規(guī)律和綜合分析方法；多約束條件下電機系統(tǒng)及其驅(qū)動控制；電機系統(tǒng)的新型拓撲結(jié)構(gòu)、設(shè)計理論與方法、制造工藝、控制策略。
（15）多種災害作用下的結(jié)構(gòu)全壽命整體可靠性設(shè)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(jié)構(gòu)全壽命可靠性設(shè)計理論與方法；多種災害作用危險性分析原理，工程結(jié)構(gòu)時、空多尺度破壞規(guī)律，高性能結(jié)構(gòu)體系與可恢復功能結(jié)構(gòu)體系，防御多種災害的結(jié)構(gòu)整體可靠度設(shè)計理論與方法。
（16）綠色建筑設(shè)計理論與方法
  主要研究方向：建筑形體、空間、平面和構(gòu)造與綠色建筑評價指標體系的耦合作用規(guī)律；不同地域綠色居住建筑模式、公共建筑和工業(yè)建筑綠色設(shè)計的原理、方法、技術(shù)體系和評價標準。
（17）面向資源節(jié)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(zhuǎn)化機理和節(jié)能理論；非常規(guī)介質(zhì)特別是高溫熔體中強化反應傳遞過程的機理和調(diào)控機制；物質(zhì)相互作用的特殊現(xiàn)象和反應機理、熱力學與動力學調(diào)控機制；多因素多組元固/液/氣界面結(jié)構(gòu)及界面反應；反應器內(nèi)及各種物理場下的化學反應、物質(zhì)、能量傳輸?shù)鸟詈蠙C制；資源利用過程中的高效、低碳排放轉(zhuǎn)化的共性科學問題。
（18）重大庫壩和海洋平臺全壽命周期性能演變
  主要研究方向：深部巖土破壞力學；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(jiān)控與防災減災。

跨科學部優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域
  跨科學部優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域以促進基礎(chǔ)科學取得重大突破性進展和服務創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略為出發(fā)點，根據(jù)我國經(jīng)濟社會和科學技術(shù)發(fā)展的迫切需求，凝練具有重大科學意義和戰(zhàn)略帶動作用的學科交叉問題，為制定重大項目和重大研究計劃指南以及重點領(lǐng)域戰(zhàn)略部署提供指導。跨科學部優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域包括：著力推動我國基礎(chǔ)研究在拓展新前沿、創(chuàng)造新知識、形成新理論、發(fā)展新方法上取得重大突破的領(lǐng)域；著力解決我國傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級和新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展中深層次關(guān)鍵科學問題的領(lǐng)域；著力提升我國應對全球重大挑戰(zhàn)能力的領(lǐng)域；著力維護國家安全和我國在國際競爭中核心利益的領(lǐng)域。
1．介觀軟凝聚態(tài)系統(tǒng)的統(tǒng)計物理和動力學
  介觀軟凝聚態(tài)系統(tǒng)是涉及生物、醫(yī)學、數(shù)學、物理及工程科學廣泛且深入的新交叉領(lǐng)域，它將人們對物質(zhì)性質(zhì)的了解從原先的原子和分子尺度延伸到介觀尺度。研究軟凝聚系統(tǒng)多級結(jié)構(gòu)與復雜物理現(xiàn)象聯(lián)系和特性，理解和控制決定介觀尺度功能復雜性的原理與技術(shù)，為人類理解生命現(xiàn)象與過程，發(fā)展精確的診斷與醫(yī)療手段提供關(guān)鍵基礎(chǔ)與新技術(shù)支撐。
  核心科學問題：軟凝聚態(tài)系統(tǒng)維度降低與尺度減小導致的新物性與新效應，生物小系統(tǒng)和大腦生命過程等調(diào)控網(wǎng)絡，活性物質(zhì)相關(guān)的非平衡統(tǒng)計物理效應；統(tǒng)計物理理論與方法，量子漲落、量子相變和量子熱機等以及顆粒物質(zhì)、液晶、膠體和水等系統(tǒng)的平衡性質(zhì)與結(jié)構(gòu)動力學；生命信息分子（DNA、RNA）、蛋白質(zhì)和細胞的力學特性、信息編碼，及其相互作用的神經(jīng)網(wǎng)絡動力學；生理系統(tǒng)及相關(guān)疾病診治的生物力學與力生物學機理和多生理系統(tǒng)耦合、跨分子－細胞－組織等層次生物力學實驗和建模仿真。
2．工業(yè)、醫(yī)學成像與圖像處理的基礎(chǔ)理論與新方法、新技術(shù)
  成像與圖像處理是工業(yè)、公共安全、醫(yī)學等領(lǐng)域探查不可及物件、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、缺陷及損傷、病變等的基本手段。為支持典型工業(yè)及公共安全檢測和重大疾病診斷與治療的需求，聚焦研究工業(yè)、醫(yī)學成像與圖像處理的新原理、新方法、新手段和關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)信息獲取、處理、重建、傳輸?shù)龋瑢榇龠M工業(yè)技術(shù)發(fā)展、探索生命機理、疾病診斷與治療和健康器械創(chuàng)新發(fā)揮重要作用。
  核心科學問題：MRI、CT及PET成像的新方法，多模態(tài)光學成像，工業(yè)及公共安全、醫(yī)學圖像判讀的基礎(chǔ)算法；支持精準診斷和治療的成像、圖像處理與重建、建模與優(yōu)化的新技術(shù)新方法，包括圖像分析與處理的大數(shù)據(jù)技術(shù)等；可延展柔性電子器件的性能、器件與人體/組織的自然粘附力學機制、生物兼容性與力學交互；生物介質(zhì)及非牛頓流體中本構(gòu)關(guān)系與物理、生物信息傳播特征研究，獲取生命活性物質(zhì)更詳細信息的新概念、新方法、新技術(shù)。
3．生物大分子動態(tài)修飾與化學干預
  人體是由200多種共幾萬億個細胞組成的復雜系統(tǒng)，越來越多的證據(jù)表明基因組不能完全決定細胞的狀態(tài)和命運；此外，基因組本身、蛋白質(zhì)組、甚至RNA和多糖也處于不斷變化和化學修飾的動態(tài)過程中，組成生命體的生物大分子（蛋白質(zhì)、核酸和多糖等）的動態(tài)化學修飾對生物個體發(fā)育、細胞命運調(diào)控和疾病的形成均起著決定性作用。研究生物體內(nèi)生物大分子化學修飾的動態(tài)過程和機制，并對其進行化學干預和調(diào)控，對探索新的生命過程和發(fā)現(xiàn)新的疾病診療手段，均具有重要的科學意義和應用價值。
  核心科學問題：動態(tài)化學修飾（如蛋白質(zhì)翻譯后修飾和核酸表觀遺傳修飾等）調(diào)控生物大分子結(jié)構(gòu)、功能及相互作用的分子機制；生物大分子動態(tài)化學修飾的生物學意義；生物大分子動態(tài)化學修飾的探針技術(shù)與檢測手段；靶向生物大分子動態(tài)化學修飾的小分子干預策略；外源（化學合成）生物大分子的修飾和生物功能化。
4．手性物質(zhì)精準創(chuàng)造
  手性是自然界的基本屬性，存在于從基本粒子到宇宙的各個物質(zhì)層次。手性起源的探索、手性物質(zhì)的精準創(chuàng)造和功能的發(fā)現(xiàn)已經(jīng)成為化學、物理、生物、材料和信息等領(lǐng)域的前沿科學問題；手性物質(zhì)與光的特殊相互作用研究也將為手性物質(zhì)的功能化提供新視野；揭示手性誘導和傳遞、控制和放大的本質(zhì)規(guī)律，對于發(fā)展手性科學與技術(shù)的新理論、實現(xiàn)手性物質(zhì)的精準創(chuàng)造并賦予其新功能具有重大科學意義，將推動解決國家在醫(yī)藥、材料等領(lǐng)域?qū)κ中晕镔|(zhì)方面的重大需求。
  核心科學問題：手性物質(zhì)精準創(chuàng)造的高效性和高選擇性；宏觀手性材料制備的有序化和可控性；手性功能材料性能調(diào)控的分子基礎(chǔ)；手性分子的生物學效應。
5.新型功能材料與器件
  新型功能材料是利用物理和化學的新現(xiàn)象、新效應、新規(guī)律獲得具有光、電、磁、熱、化學和生化等特定功能的材料，主要涉及信息材料、能源材料、生物醫(yī)用材料、催化材料和環(huán)境材料等。新型功能材料與器件是材料、物理、化學、生命、醫(yī)學、能源和環(huán)境等多學科交叉的前沿研究領(lǐng)域，是材料科學領(lǐng)域最活躍的研究地帶，具有豐富的學科內(nèi)涵有待挖掘，相關(guān)研究進展將對發(fā)展材料新技術(shù)，促進國家產(chǎn)業(yè)升級具有基礎(chǔ)性的重要意義。
  核心科學問題：功能材料的新現(xiàn)象和新機制；功能材料及器件多層次結(jié)構(gòu)的表界面調(diào)控；新型功能材料的宏量制備與缺陷控制；影響能量轉(zhuǎn)換/存儲材料效率的物理機制、器件模型和失效原理；信息探測、傳輸、計算與存儲功能材料及器件的可控制備原理、穩(wěn)定性及新物性、新效應的物理起因；柔性電子技術(shù)關(guān)鍵材料的設(shè)計制造與可靠性；催化材料功能調(diào)控機理、制備及新型催化材料設(shè)計理論和方法；高性能生物醫(yī)用診斷、替換和修復、治療、藥物載體新材料的功能性、相容性和服役壽命；面向不同功能特性的材料計算基礎(chǔ)。