1.多功能聚合物基纳米复合材料
含有纳米填料（0D、1D 和 2D 形式）的传统聚合物基复合材料已发展成为一种具有卓越机械和物理性能的新型聚合物纳米复合材料。这些纳米复合材料可以根据航空航天、汽车、微电子、能源和包装等行业的特定功能应用进行定制。
2.极端环境用结构复合材料
结构纤维复合材料在诸如太空探索、陆地运输和深海航行等恶劣环境中得到了广泛应用。然而，这些环境中其机械和物理性能的损坏及退化情况尚未得到充分研究。这些研究领域对纤维增强和复合纤维/纳米粒子混合材料的极限应用构成了挑战。
3.先进复合材料的增材制造
具有明确机械性能和功能特性的纤维及纳米粒子增强聚合物复合材料的 3D 增材制造技术颇受欢迎。在一些研究中，机器学习和现场辅助方法有助于改进工艺设计。然而，由于打印参数未得到优化，打印出的产品质量往往存在缺陷。我们的目标是模拟选定聚合物/连续纤维或聚合物/纳米粒子材料系统的 3D 打印过程（例如 FDM），理解加工参数如何控制复合材料的质量，并通过性能-加工关系来提高最终材料的性能。
4.基于数据的新聚合物纳米复合材料设计
聚合物纳米复合材料是多功能应用的理想材料，但由于其复杂性，根据其组成成分来预测其性能颇具挑战性。因此，需要一种新的设计范式来有效地预测纳米复合材料的性能，并建立结构-性能关系以加速设计过程。这包括利用现有数据集、机器学习技术以及多尺度计算模型来研究并发现具有特定性能功能（如断裂韧性、磨损率、热导率、阻燃性）的新或改进的聚合物纳米复合材料的设计与发现。
5.绿色弹性体：利用可再生生物质资源，发展包括生物基橡胶生胶、生物基助剂等在内的绿色弹性体材料体系，是在双碳战略下推动我国橡胶材料可持续化和绿色化的必由之路，具有深远的社会影响。
6. 节能弹性体：通过对橡胶材料多层次网络结构设计，包括填料网络、橡胶-填料界面作用、橡胶分子链交联网络等，抑制橡胶材料中各组分的微观内摩擦，是降低橡胶材料滞后损失的关键，对能源节约和橡胶高性能化意义重大。
7.可循环弹性体：可逆交联为热固性聚合物的循环回收提供了新机遇。但如何在传统烯烃橡胶中简易构筑可逆交联、如何平衡高温松弛与低温蠕变的矛盾、如何实现可逆交联橡胶的连续重复加工，是发展具有实用价值的可循环橡胶的关键。
8.功能弹性体：开发兼具特定功能与柔性的结构功能一体化弹性体材料具有重要的科学与现实意义，其设计制备的难点在于功能的实现与弹性体独特的高弹性、低模量、大变形等之间的矛盾。
