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    2014年度基础研究主要进展与科学基金资助成效

    日期 2015-01-19   来源:   作者:  【 】   【打印】   【关闭

    第1期
    (总467期)

      本文提要:2014年,我国基础研究继续实现全方位高速推进,创新研究成果数量继续大幅增加的同时质量也得到全面提升。许多获得国家科技奖励的成果都源于或得到过科学基金的支持,体现了科学基金有效地为我国创新驱动发展战略积蓄了源头储备。

      2014年,在党中央、国务院的领导下,国家自然科学基金委员会始终聚力于基础研究和科学前沿,大力支持交叉学科发展,积极培育科技人才和团队,为实施创新驱动发展战略积蓄了源头储备。目前,我国基础研究正处于由量变到质变的重要跃升期,创新研究成果数量大幅增加,质量得到全面提升,且不断实现群体性突破和交叉融合。

      2004年-2014年(截至2014年9月)我国科技人员共发表国际论文136.98万篇,排名世界第二;论文共被引用1037.01万次,排名世界第四;篇均被引7.57次,较上年度提高了9.4%;中国各学科论文在2004-2014年10年间的被引用次数处于世界前1%的被引论文为12279篇,占世界份额的10.4%,较上年增加了28.9%;我国被引用次数处于世界前1‰的热点论文为384篇,占世界的15.7%,较上年提高1.4个百分点,排名世界第四; 2014年,我国有16个学科论文被引用次数进入世界前10位,较上一年度统计增加1个,其中化学、计算机科学、工程技术、材料科学、数学等5个领域论文的被引用资料排名世界第2位,农业科学和物理学排名世界第3位。发表在各学科最具影响力国际期刊上的论文数量排名世界第2位。2013年我国学者在高影响力类期刊上发表论文5119篇,占世界总数的8.9%,排名世界第2位。其中,有2802篇论文受到了国家自然科学基金资助,占57.7%。

      2014年度获国家科技奖励的成果许多都源于或得到过国家自然科学基金的支持。国家自然科学奖一等奖“网络计算的模式及基础理论研究 ”曾先后得到 26项国家自然科学基金的资助;自然科学二等奖共45项均不同程度地受到过国家自然科学基金的资助,如“若干分子基材料的自组装、聚集态结构和性能”先后受到76项科学基金项目的资助。在自然科学基金持续资助和国家其他科技计划共同推动下,一批成果服务于创新驱动发展的效果进一步凸显,为引导和支撑国家经济社会发展做出了卓越贡献。

      突破了冯诺依曼体系结构,开辟了计算机的新时代。计算机体系结构是计算机科学技术的核心问题,在这一领域冯•诺依曼体系结构一直以来占据主导地位。清华大学教授、中南大学校长张尧学院士带领科研团队,从1991年开始在科学基金项目的支持下开展了透明计算的研究。经过20余年潜心研究取得了重大原始创新成果——突破了冯•诺依曼体系结构,成功研制出了具有独立知识产权的超级操作系统,被国外同行认为是“先于云计算、包含云计算”,开辟了新的计算时代。该重大原创性成果对推动我国自主知识产权的计算机应用及相关产业发展,促进国家安全和社会稳定等方面将发挥积极作用。

      在同余数问题和千禧年问题BSD猜想研究中取得具有里程碑意义的成果。中国科学院数学与系统科学研究院田野研究员证明存在无穷多个本质素因子个数是任意给定正整数的同余数,在具有千余年历史的同余数问题的研究中取得重要突破;并对相应的椭圆曲线类,证明了千禧年问题BSD猜想。主要结果发表于美国科学院院刊2012年第52期和Cambridge J. Math 2014年第1期上。历史上人们只能判断极少类型的正整数是否为同余数。田野的工作被剑桥大学教授、国际数论权威Coates在美国科学院院刊2012年第52期上发表专文评论是这个古老问题研究历史上的一个重要里程碑。田野因此项工作于2013年获得由理论物理国际中心和国际数学联盟共同设立的拉马努金奖、晨兴数学金奖。田野的工作得到国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金重点项目和创新研究群体项目的支持。

      在超硬材料领域再次取得重大突破。天然金刚石一直被认为是自然界中硬度最高的材料。自从1955年人工合成金刚石获得成功之后,科学界和产业界一直希望合成出硬度超过天然金刚石的新材料。在科学基金创新研究群体、重点项目和面上项目等项目的持续资助下,燕山大学田永君教授团队在超硬材料领域继2013年合成出超过人工合成金刚石单晶的纳米栾晶结构立方氧化硼材料后再次取得重大突破。他们采用高温高压技术成功地合成出硬度两倍于天然金刚石的纳米孪晶金刚石,样品的维氏硬度高达200 GPa,同时韧性也比金刚石单晶提高了一倍,且抗氧化温度比天然金刚石高出200 ºC以上,这些进展不但科学意义很大而且具有重大的应用价值。该成果发表在2014年6月12日的《自然》杂志上。

      首次研制基于新型二维晶体黑磷的场效应晶体管。由复旦大学张远波教授研究小组与中国科学技术大学陈仙辉研究小组合作,首次研制出基于新型半导体二维晶体黑磷的场效应晶体管,研究成果于2014年3月2日在《自然•纳米技术》上发表。文章发表后,引起学术界的极大关注,被认为是凝聚态物理继石墨烯、二硫化钼之后在二维材料物理领域又一项重大突破,该突破可能对新型光电器件的研发有重要影响。成果主要贡献者中有多位获得国家杰出青年科学基金和科学基金重点项目的资助。

      鸟类起源研究被《科学》杂志评为2014年度十项重大科学突破。在国家自然科学基金的持续稳定支持下,以中国科学院古脊椎动物与古人类研究所创新研究群体成员为代表的中国古生物学家,在鸟类及其羽毛和飞行的起源、恐龙等重要类群的系统发生等方面取得了一系列重大发现和原创性研究成果。2014年,徐星、周忠和等人在《科学》杂志上发表了有关鸟类起源研究的综述文章,对鸟类起源这一热点研究领域的重要进展进行了全面总结,指出恐龙向鸟类的转化已成为论证最详实的演化事件之一,并提出多学科交叉的综合方法将是未来研究的发展方向。2014年12月19日出版的《科学》杂志将鸟类起源研究列入年度十项重大科学突破之一,紧随人类探测器首次登陆彗星之后,位列第二。本项成果得到了国家自然科学基金创新研究群体、国家杰出青年科学基金、科学基金重点项目和重大国际合作项目等一系列项目的长期支持。

      首次观测发现宇宙原初气体可能无法有效形成新恒星。由南京大学施勇教授带领的研究团队,在国际上首次用观测依据证明极贫金属星系中的恒星形成效率比类银河系星系至少低10倍。该发现暗示了130亿年前的宇宙原初气体可能无法有效地形成新恒星,这将极大地改变人们对宇宙第一代恒星、星系的形成和演化及早期宇宙演化的认识。这一成果于2014年10月16日发表在《自然》杂志上。相关研究得到过国家杰出青年科学基金和科学基金面上项目的支持。

      提出了解决碳纳米管结构可控合成这一国际性难题的一种方案。由北京大学李彦教授带领的一支以北京大学化学与分子工程学院的研究生为主体还包括北京大学、中国科学院物理研究所和上海同步辐射光源等研究人员的团队,在国家杰出青年科学基金和科技部相关项目的资助下,提出了解决碳纳米管结构可控合成这一国际上20年来悬而未决的难题的一种方案。他们发展了一类钨基合金催化剂,利用其高温稳定性和独特晶体结构的模板作用来合成特定结构的单壁碳纳米管。利用钨钴合金催化剂获得了含量高于92%的(12,6)型纳米管,以及高纯度的(14,4)和(16,0)型纳米管。除钨钴合金以外,钨铁、钨镍和钨铜体系也展现出良好的性能。该方法有望成为一种选择性合成各种手性单壁碳纳米管的通用方法。此项工作全部由中国学者完成,具有完全独立的自主知识产权。该研究为实现单壁碳纳米管的结构可控生长这一终极目标提供了一种可能的方案,并为碳纳米管的应用、尤其是碳基电子学的发展奠定了基础。文章发表于2014年6月26日出版的《自然》杂志。

      在量子点发光二极管(QLED)研究上取得重大进展。浙江大学高新材料化学中心彭笑刚研究小组和金一政研究小组经过两年的合作攻关,研制出一种新型量子点发光二极管(QLED)。其制备方法基于低成本、易于大规模生产的溶液工艺,其器件综合性能超越了已知的所有溶液工艺制备的红光LED器件。初步成果于2014年11月6日发表在《自然》杂志上。此项工作验证了QLED的实用性,预示着有可能以QLED为基础,实现两个重大产业——照明与显示的技术升级。该研究得到了国家自然科学基金重点和面上项目的资助。

      揭示了黄瓜苦味合成、调控及驯化的分子机理,为蔬菜基因组研究直接用于品种改良提供了范例。中国农业科学院蔬菜花卉研究所黄三文研究员课题组,在国家杰出青年科学基金等项目的资助下,发现了在黄瓜6号染色体存在一个由5个基因组成的基因簇可能参与苦味物质葫芦素的合成以及通过黄瓜变异组图谱发现了控制果实苦味的Bt基因位点具有驯化选择的痕迹,成果分别发表在2009年第41期和2013年第45期的《自然-遗传学》杂志上。在此基础上,通过对基因组信息进行深入分析并结合分子生物学和生物化学等多种研究手段,揭示了9个酶基因参与葫芦素生物合成的代谢路径;发现了这9个基因由两个“主开关”基因(Bl和Bt)直接调控,其中Bl控制叶片苦味,Bt控制果实苦味,成果发表在2014年第346期的《科学》杂志上。更重要的是,研究发现Bt基因启动子的一个突变使该基因在逆境中不表达,从而可彻底避免苦味对黄瓜品质的影响。基于这一发现,育种家们有望制定分子育种方案培育新型黄瓜品种,以使黄瓜果实中不积累苦味物质,提高黄瓜的食用品质。

      风尘堆积研究揭示亚洲现代季风-干旱环境格局的起源和演化历史,推翻了国际上原有的主流观点。中国科学院地质与地球物理研究所郭正堂等人在国家自然科学基金等项目的长期资助下,通过对新生代沉积物的成因、地层年代学和古气候学研究,把全球独有的800万年中国连续风尘堆积序列进一步拓展到2200万年,确定了亚洲现代季风-干旱环境的基本格局在当时即已形成,指示了青藏高原的高度和范围在当时已达到改变大气环流格局的阈值。该研究确切厘定了亚洲内陆荒漠形成的时代,推翻了国际学术界关于亚洲现代季风环境形成于800万年前的原有主流观点,重建了季风-干旱环境的早期演化历史,受到广泛认可。研究成果在新生代大陆环境演化研究领域具开拓性意义,并对理解气候变化的机制、评估气候变化对我国环境的影响有重要参考价值,成果发表于《自然》等刊物,获2014年度国家自然科学奖二等奖。

      解析冠状动脉新起源,促进心梗后心衰再生医学研究的发展。在国家自然科学基金等项目的资助下,中国科学院上海生命科学研究院周斌研究员团队,利用转基因小鼠模型结合遗传谱系示踪技术,首次发现新生小鼠心脏具有重新生成冠状动脉的能力,大部分冠状动脉内皮起源于心内膜。该研究依据冠状血管发育在时间和空间上的差异,首次提出冠状血管起源的两个血管群:即位于心室壁外侧的第一冠状血管群和心脏内部的第二冠状血管群,第二冠状血管群为心脏的大部分心肌供血,对出生后心脏自身的血液供应具有重要意义,重新解析了冠状动脉起源,是目前该领域研究的重大进展,对降低心梗后心衰的再生医学研究具有重要意义。该项研究成果发表在2014年7月4日的《科学》杂志上。




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