【基金故事】2015年，中國發(fā)表的SCI論文中，62.1%的得到了它的資助；近年來，國家自然科學獎授獎成果，全部得到過它的支持。它，就是已有30年歷史的國家自然科學基金。在陜科大，有這么一批科研工作者，他們迎難而上、披荊斬棘，堅持奮斗在科研第一線，在2016年的國家自然科學基金上終有斬獲。我們開辟【基金故事】欄目，聽他們講述科研項目與創(chuàng)新、自然基金準備與申請背后的故事。
2016年青年基金項目：上漿劑與碳纖維和樹脂間競爭反應及其對界面結構與粘結性能的影響機制研究 (No. 51603169)
項目介紹
纖維/樹脂界面是決定復合材料優(yōu)異性能能否充分發(fā)揮的關鍵因素，然而由于界面復雜的作用機制和納米級尺寸，已有的界面性能預測模型缺乏納米和分子尺度上的實驗數據支持，如何通過調控界面形成過程中各組分的相互作用來改變界面區(qū)組成和結構，進而實現(xiàn)復合材料界面性能的優(yōu)化是亟待解決的一個難題。基于此，本項目擬通過模擬復合材料的固化過程，研究上漿劑與基體和纖維間化學反應的競爭機制，闡明該機制對界面結構、組成及分布的影響規(guī)律，明確界面結構與復合材料界面粘結性能的關聯(lián)關系，以期實現(xiàn)碳纖維/樹脂界面調控，發(fā)展界面性能預測模型。
項目研究特色與創(chuàng)新點
本項目立足于闡釋碳纖維/樹脂界面形成過程組分間化學反應的競爭協(xié)同機制，注重深層次機理的挖掘，該機制的揭示反過來可指導復合材料界面的分子級設計，體現(xiàn)了研究思路的創(chuàng)新性。此外，本項目通過表征方法的優(yōu)化可獲得納米級界面化學特征和結構的定量信息，體現(xiàn)了研究方法的創(chuàng)新。
項目研究發(fā)展前沿和應用前景
波音787(圖1a)對于航空運營商來說最大價值在于比同類飛機的飛行過程節(jié)能20%的燃油，總廢棄排放量減少20%，降噪60%以上，這優(yōu)良的運營指標最主要歸因于其革命性的采用50%重量比的復合材料(包括機身、機翼、機翼及其他主結構)，空客A350計劃復合材料用量也達到53%。汽車(圖1b)，在設計時需考慮零部件的耐沖擊性、耐腐蝕性，同時還需考慮空氣阻力最小的外形和美觀性，碳纖維復合材料因其輕質高強、可設計、結構應用效率高、耐腐蝕等優(yōu)勢受到極大青睞。除此以外，碳纖維復合材料還廣泛應用于能源、醫(yī)療器械、電子電器、體育用品等領域(圖1c-1f)。
碳纖維樹脂基復合材料由碳纖維(增強體)和有機高分子材料(基體)經過特殊成型工藝復合而成，在此過程中，碳纖維/基體界面產生，起傳遞載荷作用，類似于橋梁，將互無關系的兩者相聯(lián)系，形成具有新性能的新整體，其重要性不言而喻。基于此，本項目深入探究碳纖維/樹脂界面形成過程中組分相互作用機理，研究界面本構關系，進而分析界面結構對界面性能的影響，建立宏微觀關聯(lián)關系，為實現(xiàn)界面調控，優(yōu)化界面性能預測模型，推動新型復合材料的設計和開發(fā)(圖2)提供理論依據。
圖1 碳纖維復合材料的應用：(a) 波音787, (b) 奔馳全碳纖維復合材料汽車, (c) 自行車, (d) 輪椅, (e)筆記本電腦, (f) 小提琴
圖2 波音787用樹脂基復合材料結構件的多尺度設計(納觀-微觀-介觀-宏觀) [圖片引自Journal of Materials Science, 2008, 43(20): 6747-6757]
項目負責人研究方向
武清，2016年6月進入陜西科技大學，目前在材料科學與工程學院材料化學系從事教學工作，在結構與功能復合材料團隊從事科研工作。主要研究方向：(1) 先進樹脂基復合材料制備工藝、界面作用機制、改性與機理研究、新型增強體等；(2) 納米功能復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)保復合材料。
國家自然基金申報認識
竹子是一節(jié)一節(jié)長起來的，功夫是一天一天練出來的，基金則是一點一點積累出來的，感謝國家自然科學基金，給予我一次學習、成長、鍛煉的機會。
(1) 多看。看最新頒布的《基金指南》，了解“申請須知”、“限項申請規(guī)定”及專業(yè)領域內優(yōu)先資助方向，結合前期研究基礎，盡量緊扣指南選題，同時可避免犯低級錯誤；看申請書提綱，明確每部分設立的目的及相互間的關系；看國內外相關領域的研究進展，總結并加以提煉；看已中的優(yōu)秀標書，是否與自己領域相關并不重要，好的東西都有共同的特點，不好的各有各的特點；看小木蟲、科學網等前輩的經驗，站在巨人的肩膀上更事半功倍。經過一段長時間的學習積累，在撰寫申請書前，我對國家自然科學基金的規(guī)定、國內外研究動態(tài)、基金的寫法等都有較清楚的認識，為后續(xù)流暢連貫地撰寫申請書打下了基礎。
(2) 多想。多想，想什么呢？想一個不太大的科學問題，想這個科學問題是否符合“新、深、實、嚴”的原則。“新”，是否具有創(chuàng)新性；“深”，是否有深度；“實”，是否能實現(xiàn)；“嚴”，是否是嚴謹的。這個階段我認為是基金申請書撰寫過程中最困難的，就好比俄羅斯套娃，撥開云霧見明月，最終凝練出一個到位的科學問題。
(3) 多寫。有了想法后，下一步是要把自己的想法清晰、準確地表達出來，我的基金申請書前前后后寫了很多遍，每一次寫對自己都有新的提升，寫的過程中會逐字逐句的雕琢，用樸實的文字說清復雜的問題，同時注意抑揚頓挫，像講故事一樣娓娓道來，讓人回味。
（核稿：崔楠 編輯：杜楊 學生編輯：康松磊 美編：韓越）
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