《国家自然科学基金“十三五”发展规划》中指出，我国基础研究正处于创新发展的新阶段，总体上面临“六期叠加”的形势，即全球新科技革命和产业变革的历史交汇期、中国经济和产业提质增效升级的全面转型期、国家发展跨越中等收入陷阱的战略突围期、创新型国家建设的关键决胜期、科技体制和创新体系的深度调整期、基础研究从量变到质变的重要跃升期。与主要发达国家相比，整体实力仍有差距。一是具有国际影响力的重大原创成果偏少，缺乏开创重要新兴学科和方向的能力。二是引领科学潮流的世界级科学家匮乏，青年人才成长环境尚需改善。三是基础研究促进经济社会发展、保障国家安全的作用有待提升。四是创新文化氛围有待改善，科研诚信状况不佳、不端行为时有发生，科研伦理未得到应有的重视。“十三五”期间，科学基金着眼上述问题与挑战，开拓进取，实施有针对性的政策措施，促进我国基础研究健康发展。

    面上项目支持自由探索，激励原始创新，促进学科均衡协调可持续发展。重点项目着眼关键前沿，结合战略需求，兼顾学科发展，集成创新资源，孕育重点突破。

    工程科学是研究人造结构及其系统在特定条件下的表象及相关规律的科学，主要包括冶金与矿业工程、机械工程、建筑环境与土木工程、水利科学与海洋工程等学科。未来五年，在继续支持我国具有优势或特色的研究方向基础上，积极推动协同创新研究；结合经济社会发展以及国防安全等方面的重大需求，瞄准国际前沿开展基础研究，并形成具有自主知识产权的核心技术；加强和促进工程科学与其他学科之间的交叉与融合，推动工程领域开展实质性的国际合作，尽快缩短我国与世界强国在工程科学领域基础研究的差距，在若干方向和技术领域实现与发达国家“并跑”。到2020年，形成若干个在国际上有重要影响力的研究团队或群体，有更多的青年学者在国际一流学术会议上作主题报告。“十三五”期间，重点支持领域包括化石能源高效开发与灾害防控理论、高效提取冶金及高性能材料制备加工过程科学、复杂机电系统集成设计、增材制造技术基础研究、机械表面/界面效应与控制、多种灾害作用下的高性能结构全寿命可靠性设计理论、绿色建筑设计理论与方法、变化环境下水资源高效利用与生态水利等。

    工程与材料科学学部遴选出18个优先发展领域及其主要研究方向，这些领域将成为未来五年重点项目和重点项目群立项的主要来源。

    （1）亚稳金属材料的微结构和变形机理

    主要研究方向：

    发展新型具有特殊性能的非晶态合金体系；

    复杂合金相的结构和性能研究；

    结构特征与表征方法；

    结构与热稳定性；

    变形机理及强化机制；

    脆性断裂机理及韧化；

    深过冷条件下的凝固行为及晶体形核和生长过程研究。

    （2）高性能轻质金属材料的制备加工和性能调控

    主要研究方向：

    轻质金属材料（铝、镁、钛合金和泡沫金属等）合金设计、强韧化机理及组织性能调控研究；先进铸造、塑性加工以及连接过程中的工艺、组织和性能调控的基础理论研究；

    使役性能与防护基础理论研究；

    烧结金属孔结构控制基础研究。

    （3）低维碳材料

    主要研究方向：

    低维碳材料的结构特征及其新物性的物理起因；

    低维碳材料中电子、光子、声子等的运动规律和机制；

    低维碳材料的可控制备原理与规模化制备方法；

    低维碳材料的新物性、新效应、新原理器件和新应用探索。

    （4）新型无机功能材料

    主要研究方向：

    基于微观物理模型和物理图像的高温超导机理研究与应用；

    多铁性材料的合成和磁电耦合机理与应用；

    超材料的结构设计原理及其新效应器件；

    阻变材料的物理机制和器件忆阻行为的可调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：

    高分子材料加工中结构演变的物理与化学问题；

    高分子材料非线性流变学，以及高分子加工不稳定现象的机理；

    高分子材料加工的多尺度模拟与预测；

    高分子材料加工的在线表征方法；

    微纳尺度加工等新型加工方法，以及基于原理创新的加工技术。

    （6）生物活性物质控释/递送系统载体材料

    主要研究方向：

    生物启发型和病灶微环境响应载体材料；

    疾病免疫治疗药物载体材料；

    核酸类药物载体材料及其递送系统；

    具高灵敏度、组织和细胞高靶向性及信号放大功能的分子探针，以及诊－治一体化的高分子载体材料及其递送系统。

    （7）化石能源高效开发与灾害防控理论

    主要研究方向：

    实钻地层物化特性和岩石力学；

    油气藏开发，复杂工况管柱与管线，复杂油气工程相互作用及流动；

    开采条件下岩体本构关系，多相、多场耦合的多尺度变形破坏机理；

    极端条件下开采机器人化的信息融合与决策。

    （8）高效提取冶金及高性能材料制备加工过程科学

    主要研究方向：

    冶金关键物化数据；

    选冶过程物相结构演变；

    反应器新原理与新流程，低碳炼铁；

    高效转化与清洁分离，二次资源利用，高效连铸；

    高性能粉末冶金材料；

    多场作用下的金属凝固；

    界面科学；

    冶金过程高效利用。

    （9）机械表面界面行为与调控

    主要研究方向：

    界面接触与粘着机理；

    表/界面能形成机理及应用；

    受限条件下界面行为调控；

    运动体与介质界面行为；

    生物组织/人工材料界面行为；

    生物组织界面损伤与修复。

    （10）增材制造技术基础

    主要研究方向：

    高效、高精度增材制造方法；

    先进材料增材制造技术及性能调控；

    材料、结构与器件一体化制造原理与方法；

    生物3D打印及功能重建；

    多尺度增材制造原理与方法。

    （11）传热传质与先进热力系统

    主要研究方向：

    非常规条件及微纳尺度传热的基础研究；

    基于先进热力循环的新型高效能量转换与利用系统；

    生物传热传质基础理论及仿生热学；

    热学探索——热质理论的微观基础及其与宏观规律的统一。

    （12）燃烧反应途径调控

    主要研究方向：

    基于燃料设计和混合气活性控制的燃烧反应途径调控研究；

    非平衡等离子体燃烧反应途径调控研究；

    以催化辅助、无焰燃烧、富氧燃烧和化学链燃烧等新型燃烧技术为主燃烧反应途径调控研究；基于尺度效应的燃烧反应途径调控；

    基于物理过程控制的燃烧反应途径调控。

    （13）新一代能源电力系统基础研究

    主要研究方向：

    新一代能源电力系统的体系架构及系统安全稳定问题作用机理（包括智能电厂和智能电网等方面）；

    电工新材料应用及新装备的研制、运行和服役中的相关科学问题；

    多种能源系统的互联耦合方式；

    供需互动用电、能源电力与信息系统的交互机制；

    系统运行机制与能源电力市场理论；

    网络综合规划理论与方法。

    （14）高效能高品质电机系统基础科学问题

    主要研究方向：

    电-磁-力-热-流体多物理场交叉耦合与演化作用机理；

    “结构-制造-性能-材料服役行为”的耦合规律和综合分析方法；

    多约束条件下电机系统及其驱动控制；

    电机系统的新型拓扑结构、设计理论与方法、制造工艺、控制策略。

    （15）多种灾害作用下的结构全寿命整体可靠性设计理论

    主要研究方向：

    多种灾害（地震、风灾、火灾、爆炸等）作用下的土木工程结构全寿命可靠性设计理论与方法；

    多种灾害作用危险性分析原理；

    工程结构时、空多尺度破坏规律；

    高性能结构体系与可恢复功能结构体系；

    防御多种灾害的结构整体可靠度设计理论与方法。

    （16）绿色建筑设计理论与方法

    主要研究方向：

    建筑形体、空间、平面和构造与绿色建筑评价指标体系的耦合作用规律；

    不同地域绿色居住建筑模式、公共建筑和工业建筑绿色设计的原理、方法、技术体系和评价标准。

    （17）面向资源节约的绿色冶金过程工程科学

    主要研究方向：

    外场强化下的资源转化机理和节能理论；

    非常规介质特别是高温熔体中强化反应传递过程的机理和调控机制；

    物质相互作用的特殊现象和反应机理、热力学与动力学调控机制；

    多因素多组元固/液/气界面结构及界面反应；

    反应器内及各种物理场下的化学反应、物质、能量传输的耦合机制；

    资源利用过程中的高效、低碳排放转化的共性科学问题。

    （18）重大库坝和海洋平台全寿命周期性能演变

    主要研究方向：

    深部岩土破坏力学；

    库坝和海洋平台材料性能演变；

    库坝和海洋平台多相多场耦合与性能演变及灾变风险；

    库坝和海洋平台的实时监控与防灾减灾。