‘十八大’以来中国科学院创新成果展-序与科技成果-面向世界科技前沿(2017年)

2019年10月26日16:34:08‘十八大’以来中国科学院创新成果展-序与科技成果-面向世界科技前沿(2017年)已关闭评论 92 views

以新时期办院方针为指导,以彰显我院在“四个率先”方向上的重大影响为目标,总体分为“序、率先实现科学技术跨越发展、率先建成国家创新人才高地、率先建成国家高水平科技智库、率先建设国际一流科研机构”五个模块。

1.序:概述党和国家领导人对中国科学院的指示和关怀,概要呈现我院“率先行动”计划实施战略、重大举措和重要成就。

2.“率先实现科学技术跨越发展”模块:包括面向世界科技前沿、面向国家重大需求和面向国民经济主战场“三个面向”的科研成果,由“十八大”以来中国科学院最具代表性的90余项科研成果构成。

3.“率先建成国家创新人才高地”模块:展示人才建设举措所发挥的作用,凸显人才兴业的效果,以及促进科学与教育融合,推动前沿研究、学科建设和人才培养三者有机结合所呈现的良好态势。

4.“率先建成国家高水平科技智库”模块:展示参与国家重大规划等一系列成果。

5.“率先建设国际一流科研机构”模块:重点展示我院战略愿景,展示全面从严治党、研究所综合分类改革、围绕国家科技创新中心建设优化学科布局、国际合作与交流等方面的重大举措,并策划有远程互动交流区。

1、序

前言

科技兴则民族兴,科技强则国家强。中国特色社会主义进入新时代。这是恢弘中国历史上熠熠生辉、走向繁荣复兴的新时代,也是中国科技事业蓬勃发展、迈向引领跨越的新时代。在党中央、国务院领导下,中国科学院认真贯彻落实习近平总书记对中国科学院提出的“三个面向”和“四个率先”要求,以制定实施“率先行动”计划为统领,开启了改革创新的新征程,取得了跨越发展的新成就,为建设创新型国家和实施创新驱动发展战略做出了一系列重大创新贡献。

《率先行动、砥砺奋进——中国科学院“率先行动”计划创新成果展》以“三个面向”和“四个率先”为主线,集中展示、系统反映了习近平总书记2013年7月17日视察中国科学院以来,全院实施“率先行动”计划、加快改革创新发展取得的主要新进展和新成就。展览采取“以中科院成果展示中科院成就”的方式,通过大量自主研发的新技术、新装备、新材料、新方法,生动展示中国科学院众多科研院所和广大科学家的创新实践与成就,也从一个方面体现了我国建设创新型国家的标志性成果,反映了我国科技创新事业由大转强、由跟踪迈向引领的巨大历史性进步。

率先行动、沐雨栉风;砥砺奋进,不忘初心。党的十九大擘画出我国建设社会主义现代化强国的宏伟蓝图,也对科技创新提出了新任务新要求。面向未来,作为党、国家、人民可依靠、可信赖的国家战略科技力量,中国科学院人将以习近平新时代中国特色社会主义思想为指引,认真学习贯彻党的十九大精神,始终坚持“三个面向”,紧紧围绕“四个率先”,深入实施“率先行动”计划,不断出创新成果、出创新人才、出创新思想,努力提高科技创新能力,奋力攀登世界科技高峰,为加快建设创新型国家和世界科技强国、实现中华民族伟大复兴的中国梦,不断做出新的更大贡献。

办院方针

'十八大'以来中国科学院创新成果展-序与科技成果-面向世界科技前沿(2017年)

领导关怀

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2、科技成果

一、面向世界科技前沿

前言

探明宇宙起源、地球演化、物质结构是人类永恒的追求,通过揭示其中的规律和奥秘,改变人类的认知能力。瞄准“率先实现科技跨越发展”,中科院产出了一批国际性的重大原创成果,并已逐步成为一些重要领域的领跑者和开拓者。

面向未来,前沿科学探索将不断向宇宙空间与时间、微观世界及复杂体系研究方向发展。中科院将秉承“独有、独创和原始创新”,向科学最前沿发起挑战,不断开辟新的学科方向,努力取得重大突破,推动科学研究迈上新台阶。

(一)宇宙的起源

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导语

“四方上下曰宇,古往今来曰宙,以喻天地。”宇宙从何而来,它由什么构成,它的最终命运是什么?这是人类最想了解的基本重大前沿问题之一。

“率先行动”计划实施以来,中国科学院在宇宙大尺度结构、星系团和星系、恒星及恒星系统、太阳和太阳系内各种天体等不同层次取得了一系列有国际影响力的成果,在观测方法与手段方面也取得了重大进展,为未来在宇宙方面的重大发现奠定了基础。

1.我国时间基准保持达到国际先进水平

单位:国家授时中心

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实景照片

国家授时中心是我国标准时间(北京时间)产生、保持和发播的唯一机构,我国守时系统性能指标稳居世界前三位。高精度的授时服务为火箭发射、卫星导航定位和深空探测等提供坚强保障;跨时区的准确授时为国民经济及社会的正常运行提供基础支撑。

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2.中国天眼FAST

中国“天眼”探苍穹——FAST为科学新发现提供独一无二的手段

单位:国家天文台

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实景图片

500米口径球面射电望远镜被誉为中国“天眼”,是目前世界上最大的单口径射电望远镜,拥有30个足球场大的接收面积,其综合性能和灵敏度比现有同类望远镜提高数倍,将在未来20年左右保持世界一流设备的地位。FAST将实现大天区面积、高精度的天文观测。搜寻脉冲星并计时观测;巡视宇宙中性氢,以探索宇宙各层次结构的起源和演化,为世界天文学的新发现提供机遇。目前,FAST共观测到六十多颗优质脉冲星候选体,其中的五十多颗得到了国际认证。

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3.国产超级计算机“模拟”精细宇宙

单位:国家天文台

利用国产超级计算机资源,解析天文观测和模拟宇宙演化。“凤凰”模拟对星系团暗晕解析精度是世界纪录的100倍,“盘古”模拟再现了45亿光年中的物质分布。

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4.发现黑洞“吞噬”物质的复杂过程

单位:国家天文台、高能物理研究所

对X射线极亮源进行系统动力学测量,在国际上首次成功测定其中心黑洞质量;在国际上首次从超软X射线源发现相对论性重子喷流,揭示了黑洞吸积与喷流形成的新模式。“超爱黑洞”成为测量高红移宇宙动力学的新型“标准烛光”。

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超爱黑洞(超Eddington吸积黑洞)

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作为宇宙学新型标准烛光

5.利用LAMOST给星星查“指纹”

单位:国家天文台

LAMOST(郭守敬望远镜)是我国科学家自主创新研制的一台主动反射施密特望远镜,突破了望远镜大口径与大视场难以兼得的瓶颈。巡天7年来,LAMOST发布的光谱数是国际上其他巡天项目发布光谱数之和的2倍。2018年8月,利用LAMOST数据发现了一颗目前人类已知的锂元素丰度最高的恒星。

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6.首次观测到太阳磁力线重新连接释放“磁场缠绕”

单位:云南天文台、国家天文台

使用我国自主研制的“一米新真空太阳望远镜”,首次发现太阳爆发活动快速释放磁能的一种新方式,并用数值模拟的方法重现和证实。

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7.首次完成1:250万全月球数字地质图的研制

单位:地球化学研究所

构建了全新的“三宙六纪”月球地质演化年表,建立了以成因机制为基础的岩石建造和地质构造分类体系,形成了具有自主知识产权的月球数字地质编图的技术规范和标准,在国际上首次完成了比例尺为1:250万、覆盖全月的月球地质图。相关工作将为月球科学的研究与普及、月球探测工程的实施提供一套理论分析与解读的新资料。

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8.为“战神”小行星绘“地图”测年龄

单位:紫金山天文台

基于“嫦娥二号”探测数据,研究对地球构成极大威胁的“战神”(人类已知最大的近地小行星)的基本物理特性,首次揭示其表面地质特征、形成演化与撞击历史,评估其碰撞威胁,是探月工程的重要成果之一。截至2018年12月,紫金山天文台近地天体望远镜共计发现新的近地天体18个,其中有三个是对地球构成潜在威胁的近地小行星。

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(二)地球的演化

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导语

作为人类和自然共有的家园,地球历经沧海桑田的变迁,展现生命演化的画卷,它的奥秘深深地吸引着科学家的目光。

近年来,中国科学院的科研人员发现了最早的多细胞宏体生物,揭示了鸟类的起源,绘制了人类的演化图谱,完善地球生命之树的拼图;探索了华北克拉通破坏的机理,突破了地球深部勘探装备的关键瓶颈,破解了亚洲季风变迁之谜,像攀登第三极青藏高原一样冲击着学术的高峰。

1.鸟类的起源

单位:古脊椎动物与古人类研究所

 

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在鸟类、恐龙等重要类群的系统演化和发育等方面取得了一系列重大发现,推动恐龙向鸟类的转化成为论证最详实的主要演化事件之一,相关成果入选《科学》杂志“2014年度世界十大科学突破”。

 

 

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2014年度世界十大科学突破——鸟类的起源

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赫氏近鸟龙化石复原标本

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郝氏近鸟龙复原图

2.揭秘地球早期生物的起源和演化的路径

单位:南京地质古生物研究所

在蓝田生物群发现迄今最古老的宏体生物(迄今约6亿年)。通过对“瓮安生物群”(迄今约5.8-5.9亿年)的研究,发现了动物胚胎状化石内部具细胞分化的新证据,并发掘出最早的实体海绵化石,揭示了真后生动物的起源。

3.绘制冰河时代欧亚人群的演化谱图

单位:古脊椎动物与古人类研究所

通过分析欧亚不同人群个体(迄今约4.5万年-7千年前)的基因组数据,利用古DNA揭秘现代人起源,首次揭示该时段欧亚地区完整的人口动态变化情况。

4.厘清亚洲季风变迁及其环境影响的关键科学问题

单位:地球环境研究所

通过整合亚洲地区高质量代表性气候环境演化序列,揭示冰期-间冰期至千年尺度亚洲季风的演变特征,提出“冰期-间冰期印度季风动力学”理论,将亚洲古季风研究拓展为多尺度与多动力因子、区域与全球相结合的集成研究。

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5.第三极环境研究

单位:青藏高原研究所青藏高原地球科学卓越创新中心

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实景图片

以青藏高原为核心的“第三极”正处于两千年以来最温暖的时期,近五十年来的变暖超过全球同期平均升温的2倍;青藏高原隆升导致的西风和季风两大环流的相互作用,表现出北部西风、南部季风、中部过渡三种模态。相关研究成果被习近平总书记确定为青藏高原生态环境保护的重要科学依据。据此提出的“泛第三极环境变化与绿色丝绸之路建设”大科学计划,为绿色“一带一路倡议”提供科学支撑,服务我国环境外交战略。

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“第三极”环境、 “泛第三极环境变化与绿色丝绸之路建设”计划助力“一带一路倡议”

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2017年4月,瑞典国王卡尔十六世古斯塔夫为姚檀栋院士授地理学国际最高奖——维嘉奖,这是该奖设立136年来首次授予亚洲科学家

6.自主建立国家“碳收支”评估体系

单位:大气物理研究所

科学系统建立排放清单,客观准确评估我国能源消费CO2排放量,建立中国陆地生态系统碳源汇评估体系,实现国家应对气候变化科技支撑能力的跨越式发展,提高我国的国际影响力和外交谈判的话语权。

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7.研究“中国地质”,解决“全球构造”——克拉通破坏与深部资源

单位:地球科学研究院

终结“克拉通”是稳定的传统理论,引领“克拉通破坏”研究;率先提出“克拉通破坏成矿”理论,指导“中国岩金勘查第一深钻”的实施,获得潜在经济价值1000余亿元,使其成为国际地球科学前沿,大幅度提升了我国固体地球科学的国际影响力。

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8.通过基因组多样性诠释亚洲人群的演化

单位:昆明动物研究所

通过系统研究亚洲人群基因组多样性的分布格局,澄清了亚洲人群起源和形成的历史,揭示了亚洲人群对新环境适应的遗传机制,引领了国际在人类迁移及适应方面的研究热点。

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9.地球深部勘探关键技术与核心装备实现自主研发

单位: 地球科学研究院、电子学研究所 

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研制了全方位、立体式、多层次的矿产资源探测装备与技术体系,打破了国外技术垄断,探测装备技术水平实现了跨越式发展:500米—2000米—4000米。突破了核心部件与技术瓶颈,形成了靶区优选、资源勘查、资源开发三位一体的矿产资源“攻深探盲”勘探装备技术体系。

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10.海底地球物理探测装备取得重大突破

单位:地球科学研究院

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自主研发了系列化、 应用领域广阔的海底地球物理探测装备, 打破了发达国家长期的技术封锁, 实现了我国首次在马里亚纳海沟“挑战者深渊”持续6个月的地震探测, 获得了大批珍贵数据。

针对深水油气勘探高风险与高投入特点,打破国外“只租不卖”的瓶颈,自主研发出工程样机300套,实现了我国GOBS装备与技术从无到有,性能指标达到国外同类产品水平。

11.深地找矿取得重大突破——白龙山世界级伟晶岩型锂铍铷矿床的发现

单位:广州地球化学研究所

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提出“三叠纪碰撞造山→地壳改造→富锂伟晶岩形成”的深地找矿思路,在昆仑山脉中取得重大突破锂矿带发现于印支期伟晶岩中,长度大于5公里,富锂主矿体厚86-157米,连续、稳定富锂矿床:氧化锂平均品位达1.50%(锂矿工业品位为0.8%),最高4.91%,矿体中铍和铷的品位均达到工业品位矿体出露地表300m以上,交通便利,水源充沛,适宜大规模露天开采白龙山氧化锂334资源量保守估算373万吨,超过目前世界最大的澳大利亚格林布什伟晶岩锂矿床(氧化锂资源量175万吨)有望成为世界最大的锂资源供应基地,可扭转我国锂矿资源长期依赖进口的格局,政治与经济意义均十分重大。

(三)物质的微观结构

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导语

为揭示微观世界的奥秘,人类一方面在更小尺度、更极端条件下研究更深层次物质结构和相互作用,一方面在原子分子层次研究包含大数量个体组元所"演生"的新奇现象和规律,以及物质的组成、性质、结构和新物质的创制。同时,尖端技术、先进仪器和高水平大科学装置也已成为物理、化学及交叉前沿研究的强大支撑。

中国科学院在上述领域持续耕耘,取得了一系列引领国际的重大科技成果

1.铁基高温超导研究

单位:中科院物理所中国科学技术大学

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继1987年独立发现铜氧化物高温超导体之后,中科院研究团队再接再厉,在铁基超导体研究、新超导体发现及高温超导体应用等科技前沿方向取得系列重大突破,起到了引领国际超导研究的作用。

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2.发现中微子振荡新模式

单位:高能物理研究所

2015年,获得了世界上最精确的中微子混合角和质量平方差测量结果,在可以预见的未来几十年,这个记录不会被打破。大亚湾实验使我国的中微子实验研究从无到有,并走到了世界前列,荣获2016年度“基础物理学突破奖”。

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3.开启“材料宇宙”中的粒子探测新方向

单位:物理研究所

    理论预言和实验实现外尔半金属,并首次观测到80多年前理论猜想的外尔费米子。该系列工作入选英国物理学会等多家机构发布的2015年标志性进展、理论部分获2017年日本“仁科芳雄亚洲奖”、2018年入选美国物理学会“物理评论”系列期刊诞生125周年纪念论文集,是唯一入选的出自中国本土的工作。首次理论预言并实验实现三重简并费米子,成果入选2017年度中国科学十大进展、2017年度中国十大科技进展新闻、中科院2017年度科技创新亮点成果。
首次在单一块体超导材料中发现高纯度的马约拉纳束缚态,能在相对高的温度下实现,不容易受到其他准粒子的干扰,为马约拉纳物理的研究开辟新的方向。该成果对构建稳定的、高容错、可拓展的未来量子计算机的应用具有极其重要意义。

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4.在国际上率先创制出多种新型“石墨烯类”二维原子晶体材料

单位:金属研究所物理研究所化学研究所中国科学技术大学上海微系统与信息技术研究所重庆绿色智能技术研究院

国际上首次提出制备英寸级无缺陷石墨烯单晶的新方法。

国际上首次发现无损无转移石墨烯硅插层原理。

国际上首次创制了硼烯、硅烯、锗烯、锑烯、磷烯、铪烯和石墨炔、二硒化铂、硒化铜等多种新型“石墨烯类”二维原子晶体材料。

为未来信息科学与能源技术的跨越发展奠定了坚实基础。

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5.北京正负电子对撞机让四夸克物质“现形”

单位:高能物理研究所

北京谱仪国际合作组于2013年发现了含有四个夸克的结构Zc(3900),在国际上引起热烈反响,被美国物理学会评选为2013年国际重大物理成果之首。

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6.中国散裂中子源

单位:高能物理研究所

中国散裂中子源是我国首台、世界第四台脉冲型散裂中子源,将为材料科学技术、生命科学、资源环境、新能源等诸多领域的基础研究和高新技术开发提供强有力的研究平台,对我国探索前沿科学问题、攻克产业关键核心技术、解决“卡脖子”问题具有重要意义。
2018年8月,中国散裂中子源正式对外开放运行,技术和综合性能进入国际同类装置先进行列。

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7.亚纳米分辨的单分子拉曼成像

单位:中国科学技术大学

高分辨化学识别与成像是解析微观世界和生命过程的重要手段。中国科学院将具有化学识别能力的单分子拉曼成像空间分辨率提高到了前所未有的亚纳米水平。

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8.人类首次“看见”氢键

单位:国家纳米科学中心

氢键是自然界中最重要的弱相互作用之一。中国科学院利用先进的原子力显微镜技术实现了对极微弱力的探测,首次“拍”到了氢键“照片”。

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9.追踪原子分子的足迹

单位:大连化学物理研究所、理化技术研究所、植物研究所

在原子分子水平上研究能源化学转化中的重要基元化学反应、表界面催化过程以及光化学反应,取得了一系列具有国际领先的重要原创性成果。为揭示能源化学转化过程的基本规律,进而实现对相关化学反应过程的动态调控,提供了科学基础、技术储备和解决方案。

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10.高性能超导单光子探测器件效率屡破世界记录

单位:上海微系统与信息技术研究所

打破国外技术封锁,自主研发成功超导纳米线单光子探测器件,多项性能指标国际领先,成功应用于量子通信、量子计算、量子指纹、量子隐形传态以及卫星激光测距等前沿领域。

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11.领跑世界纳米结构金属材料研究

单位:金属研究所

在国际上率先提出金属材料表面纳米化概念,取得一系列原创性科研成果,引领纳米结构金属材料发展,开发出多种表面纳米化技术,显著提高金属材料性能。

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12.现代前沿科学重要的极端条件之一—稳态强磁场

单位:合肥物质科学研究院

自主研制的水冷磁体单项指标创三项世界纪录;自主研制的混合磁体目前磁场强度达42.9T,为国际第二强稳态场;建成了国际首创水冷磁体扫描隧道显微镜系统、扫描隧道-磁力-原子力组合显微镜系统以及强磁场下低温、超高压实验系统,磁体技术和综合性能处于国际领先地位,为物理、化学、材料、生命等学科提供有力的强磁场极端环境。

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13.开启二维超冷原子量子模拟之门

单位:中国科学技术大学

首次验证了一维自旋轨道耦合的相图,在国际上首次理论提出并实验实现超冷原子二维自旋轨道耦合的人工合成,实现了光晶格中大量原子间的量子纠缠,为基于超冷原子的可扩展量子计算与量子模拟奠定重要基础。

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14.钻石探针开辟单蛋白分子磁共振研究新途径

单位:中国科学技术大学

使用钻石量子探针测得国际首张单蛋白分子的顺磁共振谱,突破了传统磁共振仅能测量百亿分子平均信号的局限。

'十八大'以来中国科学院创新成果展-序与科技成果-面向世界科技前沿(2017年)

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15.原子核质量评估由中国说了算

单位:近代物理研究所

首次测量了30多个短寿命原子核的质量,保持测量寿命最短和精度最高世界纪录。2013年起,国际原子质量评估工作由中科院近物所承担,终结了多年来为法国核谱质谱中心“垄断”的历史。

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16.丰质子新同位素合成研究

单位:近代物理研究所 

成功合成215,216U等30种新同位素,研究了约90种原子核的结构和性质,被世界权威核素数据手册及数据库收录。

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17.奠定新一代光电子产业的pi-分子材料基石

单位:化学研究所 

面向柔性光电子学的变革式发展需求,创新在分子层次上设计和组装功能pi-体系的方法学(包括合成并宏量制备了全新的碳同素异形体石墨炔),推动高性能有机半导体及其器件领域的突破。

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18.引领绿色合成的新一代催化转化

单位:上海有机化学研究所

新型功能物质的创制一直在改变或改善人类的生活,催化是最为高效、绿色的物质创制方式。中国科学院从化学键激活、断裂和重组的基本规律和理论出发,发展高原子经济性反应,实现中国绿色制造。

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19.同余数问题与Langlands纲领问题研究取得突破

单位:数学与系统科学研究院

在有千年历史的同余数问题研究上取得重要突破,被评价“是这个数论最古老问题里程碑”。在21世纪最重大数学难题之一Langlands纲领研究中取得突破。

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20.大光源

单位:光子科学中心合肥光源大连光源

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光是人类认识自然的最基本工具,是揭示物质结构和生命现象的理想探针。

世界的大型光源既包括基于加速器的同步辐射光源、自由电子激光,也包括超强超快激光。

同步辐射光源:我国已建成北京同步辐射装置(中低能区)、合肥光源(低能区)、上海光源(中能区),正在建设北京光源(高能区)。

自由电子激光:我国已在大连建成极紫外自由电子激光,软X射线自由电子激光,正在上海建设中,硬X射线自由电子激光已获立项批复。

超强超短激光:我国正在建设世界领先水平的上海超强超短激光实验装置。目前,该装置已成功实现10拍瓦激光放大输出。

上海光源是一台先进的第三代同步辐射光源装置,每年向用户供光约4500小时,建成以来接待了来自全国近400家单位的15000多名用户,发表论文3200余篇,包括Science、Nature、Cell等国际顶级学术期刊60余篇,显著促进了一大批学科的发展。

X射线自由电子激光是性能更为卓越的X射线光源,可为分子反应过程“拍”一部立体“电影”,将为基础学科前沿研究开辟全新的领域,成为实现科学突破与技术创新的研究利器。目前,软X射线自由电子激光已经出光、正在调试。硬X射线自由电子激光装置已获国家立项批复。

超强超短激光能在实验室内创造出前所未有的超高能量密度、超强电磁场和超快时间尺度综合极端物理条件,在台式化加速器、超快化学、阿秒科学、材料科学、激光聚变、核物理与核医学、实验室天体物理等领域具有重大应用价值。2017年10月,中国科学院成功实现了10拍瓦激光放大输出,这是目前已知的最高激光脉冲峰值功率。2018年,上海超强超短激光实验装置将全面建成。

上海光源、软X射线、硬X射线自由电子激光装置,超短超强激光装置协同布局,将为建设世界领先的光子科学中心奠定坚实基础。

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专题1:重点实验室

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我院重点实验室体系是我院基础研究、应用基础研究和高技术前沿探索的核心力量,是培育新兴学科、建设特色优势学科、突破重大科学问题和核心关键技术的重要平台,是凝聚和培养优秀科技人才、开展高层次学术交流和科普教育的重要基地。

1.重点实验室数据
中国科学院重点实验室体系包括各类实验室共计302个(含共建),覆盖院属科研单位的96.2%。其中包括:国家研究中心4个(含1个共建,全国6个)国家重点实验室82个(含4个共建,全国共253个)、院重点实验室216个。

2. 重点实验室主要产出

主持占全院总数84%的973项目和80%的基金委重大项目,承担“一三五”规划中80%的“重大突破”和74%的“重点培育方向”任务,也是组织和实施中国科学院先导专项的核心力量;获得的国家自然科学奖、国家科技进步奖和国家技术发明奖分别占全院总数的85%、86%和93%,发表了全院80%以上的SCI收录论文。

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