隶属于中科院知识创新工程三体系之一的“领域前沿项目”，即所创新项目取得新进展。 一、微米/纳米尺度力学与微系统力学 在纳/微尺度力学方面：建立了塑性应变旋度理论，进而应用塑性应变旋度理论对微压痕问题和平面应变I型裂纹尖端场问题进行了有限元分析，理论和实验相吻合；系统分析了压头曲率半径对微压痕硬度的影响；完成了铝膜/硅基底和铝膜/玻璃基底的微压痕试验；深入分析和研究了纳米压痕实验中的尺度效应和几何效应现象。 在微系统力学方面：在粘着接触失效方面，部分研究结果得到国际学术界的重视；应用自组装单分子膜(SAMs)技术降低MEMS表面的粘着力、摩擦和磨损系数；制备出超疏水薄膜(和水的接触角达到166)；建立了射频MEMS器件的力－电模型；在分子马达的实验研究方面，迈出重要一步；完成了320微米微管道在高、低压下的流量与压力特性的系统实验。 在跨尺度力学方面：完善了统计细观损伤力学的封闭计算和损伤能耗的表述, 给出了相应的特征无量纲数；合金材料超高周疲劳研究获得进展；开展了非均匀介质(岩石)的压缩实验研究，发现一种敏感性度量能对样本趋向临界失效态提前给出明显的预警；实验研究了Zr基块体金属玻璃在不同应变率下的剪切变形破坏行为，发现了纳米尺度的绝热剪切带；提出了直接从材料微结构离散系统的几何物理特征出发，建立与标定三维链网模型的理论与方法。 二、高温气体动力学基础问题研究 对反向混合裂解实验装置进行了局部改造，使得反向气体与载体气流混合更加充分，实验结果表明：反向气流与载气流的流量比已超过25%，仍有提高的潜力；依据理论分析与数值模拟的结果，在上年度装配的液体燃料脉冲爆轰发动机模型设备的基础上，改进了设备的进气系统与控制系统，成功地调试出运行频率达到20Hz的连续、稳定的运行状态；开展了前体推进系统一体化, 提出了我国有独立知识产权的高超声速飞行器布局方案，升阻比≥3.8, 进气道总压获系>0%；马赫7飞行条件下侧压式超燃冲压模型发动机SCM03和顶压式超燃冲压模型发动机ECM01均成功实现煤油燃料的点火和稳定燃烧，推力增益超过300N；高焓风洞催化/非催化壁面新型热流传感器研制经过反复研制取得新进展，抗气流冲刷、抗大热流、抗气体电离能力得到较大提高，获得第一批试验数据；完成128通道新型测热-测压放大器的委托加工，原型机经实际模型风洞实验考核，测热-测压结果满意，现已大规模生产，不久将装备实验室。可承担一次吹风超过256通道的实验任务，有助于更好地揭示气动热规律。 在高温非定常化学流体力学和飞机等离子体隐身的基础性研究方面有如下成果： 1) 复杂燃料在高温下的氧化和还原特性研究 得到无烟煤及烟煤随制备温度变化是不同形态硫、氯成分析出规律的差异，RDF中氯含量变化对HCL生成的规律。垃圾焚烧发电示范工程投产，蒸汽参数达到中温中压水平。 2) 多组分液体燃料喷注的破碎与雾化特性研究 研究了乳化油添加剂和水相成分对乳化液粘度的影响，并进行了模型研究。 3) 流场扰动对管道中点火与回火现象的研究 作了大量的实验研究，研究扰动对有无障碍的管道中点火与回火，火焰传播的影响。得到不同燃料浓度、流量存在的熄火、回火、缓燃等条件。 三、复杂流动过程及其规律 “复杂流动过程及其规律”创新课题,主要围绕湍流、多相流和物理化学流三个方面开展了研究工作。主要成果有: 针对一些复杂流动过程开展了直接数值模拟工作,取得了有意义的结果, 如用谱元法DNS解对圆柱尾迹三维转捩新特征做出了数值探索，除了进一步证实已有结果外，发现了新的转捩特征。 流动模型方面,不但在已有模型的应用和检验上开展了深入的研究工作,而且在新的理论模型研究中进行了探索,如基于湍流两点联合概率密度函数，发展了一个描述湍流混合与化学反应的完全封闭的映射封闭逼近模型。 在复杂流动过程的算法研究中,取得了一些颇具特色的成果,如在模拟非常长的微槽道时，针对流动特点发展了快速收敛的超松弛方法，大大加快了IP方法的统计收敛速度等等。 在两相流研究中，针对实际流动过程，不但提出了实用的理论模型，而且用于实际的流动过程模拟。如提出了一种新的计算二维坡面产流的模型，较好地模拟了不平整坡面上产流的二维特征；运用运动波模型并结合修正的Green－Ampt入渗模型预测黄土高原三类不同侵蚀区的产流和侵蚀，与实际情况吻合良好。 四、微重力科学若干前沿问题研究 通过数值模拟，得到了液层的热流体波临界振荡Marangoni 数，临界波数和临界相速度，发展建立了一种实时诊断浮力-热毛细对流对流流体表面形貌的实验测量系统，得到流体浮力-热毛细对流表面波的波长、振幅、频率等基本物理量。两层流体Rayleigh-Marangoni-Benard对流的稳定性与数值模拟研究获得新结果，发现界面热毛细效应对两层液体对流型式和临界振荡模式的不稳定性的重要作用。线性稳定性分析，发现半浮区液桥体积小于圆柱体积时，空间实验可以建立1-2英寸直径液桥观察临界振荡现象。进行了气泡迁移落塔微重力实验, 完成空间实验原理样机和初样设计。 研制了返回式卫星搭载微重力池沸腾传热实验装置(模样)，完成窄缝流动沸腾两相流型传热规律研究，提出了气液两相流型的重力无关判据。应用光镊技术，开辟了从粒子相互作用的微观层次上认识胶体的聚集行为和稳定性的全新途径;重力沉降对分散体系聚集影响的计算结果，对欧空局关于重力对聚集过程影响提出质疑。成功制得经过荧光标记的溶菌酶晶体，大大提高测量的灵敏度;用动态光散射法和原子力显微镜观察研究了溶菌酶晶体生长中溶液聚集行为，提出了判断晶体能否生长的可能的标准。 制备了一系列新型Nd基块体非晶形成合金，新型的非晶基纳米复合材料，深入探讨了其结构与塑性变形机理; 制备了Cu基TiC、树枝晶联合增强复合材料，显著提高了材料的塑性; 在Pd-Si合金系中,利用玻璃包覆的办法在中等程度过冷度下，通过引入少量铜团簇可以触发得到纳米尺度的细小组织结构。 五、细胞-分子层次生物力学与空间生物技术 利用微吸管实验系统研究了选择素长度、取向等对选择素-配体二维动力学反应亲合性的影响；利用AFM技术研究了不同加载率、接触速度、接触时间等对选择素-配体解离力的影响；利用分子动力学模拟方法研究选择素拉伸和选择素-配体复合物解离的过程。同时，进一步开发了光镊、生物力探针、细胞侧视观测等实验装置和技术。 利用流体力学的数值分析方法研究了差动式旋转生物反应器和逆流片层透析式生物反应器内的流场情况；通过表面微模式化技术实现了玻璃表面细胞微阵列，并通过改变培养基底的方向检测了成骨细胞形态变化；对于卫星搭载实验，完成了初步的细胞体系选择、硬件系统初样加工、培养液输送系统调试等项工作。 提出了实用化表面改性方法和配基固定方法；在固体基片各微单元内建立具有不同生物分子活性的感应表面，研制了生物样品微量加样技术和微型芯片反应器。 六、表层材料与超微材料特殊工艺及相关力学问题 通过工艺研究证实层流等离子体射流用于热喷涂工艺可以制备细粉或纳米粉体高密度涂层材料；以层流等离子体射流作为一种新型热源，建立检测热障涂层材料热力学性能的热冲击实验测试系统；证实层流等离子体射流金属表面熔敷强化工艺的可行性；研究表明湍流射流的气流波动明显高于层流射流；完成等离子体复合涂层制备与测量装置的主要研制工作。 完成了表面性能与形貌联合测试系统的部分平台搭建，找到了表征强结合界面性能的实验方法；找到了激光界面处理控制涂层界面微观结构和界面断裂的若干关键证据，经过工艺优化已使14.5mm高射机枪身管寿命提高到4140发，并尝试应用于炮管。 研制成功具有自主知识产权的集成化激光智能制造实验系统和技术装备系统，后者将提供给上海大众汽车有限公司；揭示了激光时空分布特性对非均匀材料作用的多尺度力学影响规律，发现了新的显微结构特征；建立了能够合理定量表征球铁类模具材料激光表面强化过程与结果的力学性能的基本准则和测量方法。 利用表面机械研磨处理(SMAT)在密排六方金属钴(Co)表面获得纳米晶体表层；首次观察到在SMAT过程中的原位机械合金化现象；在纳米晶体镍(Ni, 30 nm)中，进行了四点弯曲实验，观察到流变应力随应变速率减小而增加的现象；合金材料超高周疲劳研究获得进展；启动阿基米德桥关键力学问题的研究工作。