【基金故事】2015年，中國(guó)發(fā)表的SCI論文中，62.1%的得到了它的資助；近年來(lái)，國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)授獎(jiǎng)成果，全部得到過(guò)它的支持。它，就是已有30年歷史的國(guó)家自然科學(xué)基金。在陜科大，有這么一批科研工作者，他們迎難而上、披荊斬棘，堅(jiān)持奮斗在科研第一線，在2016年的國(guó)家自然科學(xué)基金上終有斬獲。我們開(kāi)辟【基金故事】欄目，聽(tīng)他們講述科研項(xiàng)目與創(chuàng)新、自然基金準(zhǔn)備與申請(qǐng)背后的故事。
2016年青年基金項(xiàng)目：上漿劑與碳纖維和樹(shù)脂間競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)及其對(duì)界面結(jié)構(gòu)與粘結(jié)性能的影響機(jī)制研究 (No. 51603169)
項(xiàng)目介紹
纖維/樹(shù)脂界面是決定復(fù)合材料優(yōu)異性能能否充分發(fā)揮的關(guān)鍵因素，然而由于界面復(fù)雜的作用機(jī)制和納米級(jí)尺寸，已有的界面性能預(yù)測(cè)模型缺乏納米和分子尺度上的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支持，如何通過(guò)調(diào)控界面形成過(guò)程中各組分的相互作用來(lái)改變界面區(qū)組成和結(jié)構(gòu)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料界面性能的優(yōu)化是亟待解決的一個(gè)難題?；诖?，本項(xiàng)目擬通過(guò)模擬復(fù)合材料的固化過(guò)程，研究上漿劑與基體和纖維間化學(xué)反應(yīng)的競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，闡明該機(jī)制對(duì)界面結(jié)構(gòu)、組成及分布的影響規(guī)律，明確界面結(jié)構(gòu)與復(fù)合材料界面粘結(jié)性能的關(guān)聯(lián)關(guān)系，以期實(shí)現(xiàn)碳纖維/樹(shù)脂界面調(diào)控，發(fā)展界面性能預(yù)測(cè)模型。
項(xiàng)目研究特色與創(chuàng)新點(diǎn)
本項(xiàng)目立足于闡釋碳纖維/樹(shù)脂界面形成過(guò)程組分間化學(xué)反應(yīng)的競(jìng)爭(zhēng)協(xié)同機(jī)制，注重深層次機(jī)理的挖掘，該機(jī)制的揭示反過(guò)來(lái)可指導(dǎo)復(fù)合材料界面的分子級(jí)設(shè)計(jì)，體現(xiàn)了研究思路的創(chuàng)新性。此外，本項(xiàng)目通過(guò)表征方法的優(yōu)化可獲得納米級(jí)界面化學(xué)特征和結(jié)構(gòu)的定量信息，體現(xiàn)了研究方法的創(chuàng)新。
項(xiàng)目研究發(fā)展前沿和應(yīng)用前景
波音787(圖1a)對(duì)于航空運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)最大價(jià)值在于比同類飛機(jī)的飛行過(guò)程節(jié)能20%的燃油，總廢棄排放量減少20%，降噪60%以上，這優(yōu)良的運(yùn)營(yíng)指標(biāo)最主要?dú)w因于其革命性的采用50%重量比的復(fù)合材料(包括機(jī)身、機(jī)翼、機(jī)翼及其他主結(jié)構(gòu))，空客A350計(jì)劃復(fù)合材料用量也達(dá)到53%。汽車(圖1b)，在設(shè)計(jì)時(shí)需考慮零部件的耐沖擊性、耐腐蝕性，同時(shí)還需考慮空氣阻力最小的外形和美觀性，碳纖維復(fù)合材料因其輕質(zhì)高強(qiáng)、可設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)應(yīng)用效率高、耐腐蝕等優(yōu)勢(shì)受到極大青睞。除此以外，碳纖維復(fù)合材料還廣泛應(yīng)用于能源、醫(yī)療器械、電子電器、體育用品等領(lǐng)域(圖1c-1f)。
碳纖維樹(shù)脂基復(fù)合材料由碳纖維(增強(qiáng)體)和有機(jī)高分子材料(基體)經(jīng)過(guò)特殊成型工藝復(fù)合而成，在此過(guò)程中，碳纖維/基體界面產(chǎn)生，起傳遞載荷作用，類似于橋梁，將互無(wú)關(guān)系的兩者相聯(lián)系，形成具有新性能的新整體，其重要性不言而喻。基于此，本項(xiàng)目深入探究碳纖維/樹(shù)脂界面形成過(guò)程中組分相互作用機(jī)理，研究界面本構(gòu)關(guān)系，進(jìn)而分析界面結(jié)構(gòu)對(duì)界面性能的影響，建立宏微觀關(guān)聯(lián)關(guān)系，為實(shí)現(xiàn)界面調(diào)控，優(yōu)化界面性能預(yù)測(cè)模型，推動(dòng)新型復(fù)合材料的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)(圖2)提供理論依據(jù)。
圖1 碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用：(a) 波音787, (b) 奔馳全碳纖維復(fù)合材料汽車, (c) 自行車, (d) 輪椅, (e)筆記本電腦, (f) 小提琴
圖2 波音787用樹(shù)脂基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的多尺度設(shè)計(jì)(納觀-微觀-介觀-宏觀) [圖片引自Journal of Materials Science, 2008, 43(20): 6747-6757]
項(xiàng)目負(fù)責(zé)人研究方向
武清，2016年6月進(jìn)入陜西科技大學(xué)，目前在材料科學(xué)與工程學(xué)院材料化學(xué)系從事教學(xué)工作，在結(jié)構(gòu)與功能復(fù)合材料團(tuán)隊(duì)從事科研工作。主要研究方向：(1) 先進(jìn)樹(shù)脂基復(fù)合材料制備工藝、界面作用機(jī)制、改性與機(jī)理研究、新型增強(qiáng)體等；(2) 納米功能復(fù)合材料的制備與性能研究；(3) 可溶解/降解高分子材料，綠色環(huán)保復(fù)合材料。
國(guó)家自然基金申報(bào)認(rèn)識(shí)
竹子是一節(jié)一節(jié)長(zhǎng)起來(lái)的，功夫是一天一天練出來(lái)的，基金則是一點(diǎn)一點(diǎn)積累出來(lái)的，感謝國(guó)家自然科學(xué)基金，給予我一次學(xué)習(xí)、成長(zhǎng)、鍛煉的機(jī)會(huì)。
(1) 多看。看最新頒布的《基金指南》，了解“申請(qǐng)須知”、“限項(xiàng)申請(qǐng)規(guī)定”及專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)優(yōu)先資助方向，結(jié)合前期研究基礎(chǔ)，盡量緊扣指南選題，同時(shí)可避免犯低級(jí)錯(cuò)誤；看申請(qǐng)書(shū)提綱，明確每部分設(shè)立的目的及相互間的關(guān)系；看國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的研究進(jìn)展，總結(jié)并加以提煉；看已中的優(yōu)秀標(biāo)書(shū)，是否與自己領(lǐng)域相關(guān)并不重要，好的東西都有共同的特點(diǎn)，不好的各有各的特點(diǎn)；看小木蟲(chóng)、科學(xué)網(wǎng)等前輩的經(jīng)驗(yàn)，站在巨人的肩膀上更事半功倍。經(jīng)過(guò)一段長(zhǎng)時(shí)間的學(xué)習(xí)積累，在撰寫(xiě)申請(qǐng)書(shū)前，我對(duì)國(guó)家自然科學(xué)基金的規(guī)定、國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)、基金的寫(xiě)法等都有較清楚的認(rèn)識(shí)，為后續(xù)流暢連貫地撰寫(xiě)申請(qǐng)書(shū)打下了基礎(chǔ)。
(2) 多想。多想，想什么呢？想一個(gè)不太大的科學(xué)問(wèn)題，想這個(gè)科學(xué)問(wèn)題是否符合“新、深、實(shí)、嚴(yán)”的原則。“新”，是否具有創(chuàng)新性；“深”，是否有深度；“實(shí)”，是否能實(shí)現(xiàn)；“嚴(yán)”，是否是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?。這個(gè)階段我認(rèn)為是基金申請(qǐng)書(shū)撰寫(xiě)過(guò)程中最困難的，就好比俄羅斯套娃，撥開(kāi)云霧見(jiàn)明月，最終凝練出一個(gè)到位的科學(xué)問(wèn)題。
(3) 多寫(xiě)。有了想法后，下一步是要把自己的想法清晰、準(zhǔn)確地表達(dá)出來(lái)，我的基金申請(qǐng)書(shū)前前后后寫(xiě)了很多遍，每一次寫(xiě)對(duì)自己都有新的提升，寫(xiě)的過(guò)程中會(huì)逐字逐句的雕琢，用樸實(shí)的文字說(shuō)清復(fù)雜的問(wèn)題，同時(shí)注意抑揚(yáng)頓挫，像講故事一樣娓娓道來(lái)，讓人回味。
（核稿：崔楠 編輯：杜楊 學(xué)生編輯：康松磊 美編：韓越）
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