【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(lái)，國家自然科學(xué)獎授獎成果，全部得到過(guò)它的支持。它，就是已有30年歷史的國家自然科學(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，堅持奮斗在科研第一線(xiàn)，在2016年的國家自然科學(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(shù)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(shù)脂界面是決定復合材料優(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(shí)驗數據支持，如何通過(guò)調控界面形成過(guò)程中各組分的相互作用來(lái)改變界面區組成和結構，進(jìn)而實(shí)現復合材料界面性能的優(yōu)化是亟待解決的一個(gè)難題?；诖?，本項目擬通過(guò)模擬復合材料的固化過(guò)程，研究上漿劑與基體和纖維間化學(xué)反應的競爭機制，闡明該機制對界面結構、組成及分布的影響規律，明確界面結構與復合材料界面粘結性能的關(guān)聯(lián)關(guān)系，以期實(shí)現碳纖維/樹(shù)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(diǎn)
本項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(guò)來(lái)可指導復合材料界面的分子級設計，體現了研究思路的創(chuàng )新性。此外，本項目通過(guò)表征方法的優(yōu)化可獲得納米級界面化學(xué)特征和結構的定量信息，體現了研究方法的創(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(yíng)商來(lái)說(shuō)最大價(jià)值在于比同類(lèi)飛機的飛行過(guò)程節能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(yíng)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(chē)(圖1b)，在設計時(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(guān)性，碳纖維復合材料因其輕質(zhì)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)脂基復合材料由碳纖維(增強體)和有機高分子材料(基體)經(jīng)過(guò)特殊成型工藝復合而成，在此過(guò)程中，碳纖維/基體界面產(chǎn)生，起傳遞載荷作用，類(lèi)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?；诖?，本項目深入探究碳纖維/樹(shù)脂界面形成過(guò)程中組分相互作用機理，研究界面本構關(guān)系，進(jìn)而分析界面結構對界面性能的影響，建立宏微觀(guān)關(guān)聯(lián)關(guān)系，為實(shí)現界面調控，優(yōu)化界面性能預測模型，推動(dòng)新型復合材料的設計和開(kāi)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(chē), (c) 自行車(chē), (d) 輪椅, (e)筆記本電腦, (f) 小提琴
圖2 波音787用樹(shù)脂基復合材料結構件的多尺度設計(納觀(guān)-微觀(guān)-介觀(guān)-宏觀(guān)) [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(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(jìn)樹(shù)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
竹子是一節一節長(cháng)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，感謝國家自然科學(xué)基金，給予我一次學(xué)習、成長(cháng)、鍛煉的機會(huì )。
(1) 多看。看最新頒布的《基金指南》，了解“申請須知”、“限項申請規定”及專(zhuān)業(yè)領(lǐng)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(shí)可避免犯低級錯誤；看申請書(shū)提綱，明確每部分設立的目的及相互間的關(guān)系；看國內外相關(guān)領(lǐng)域的研究進(jìn)展，總結并加以提煉；看已中的優(yōu)秀標書(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，站在巨人的肩膀上更事半功倍。經(jīng)過(guò)一段長(cháng)時(shí)間的學(xué)習積累，在撰寫(xiě)申請書(shū)前，我對國家自然科學(xué)基金的規定、國內外研究動(dòng)態(tài)、基金的寫(xiě)法等都有較清楚的認識，為后續流暢連貫地撰寫(xiě)申請書(shū)打下了基礎。
(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”的原則?！靶隆?，是否具有創(chuàng )新性；“深”，是否有深度；“實(shí)”，是否能實(shí)現；“嚴”，是否是嚴謹的。這個(gè)階段我認為是基金申請書(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、準確地表達出來(lái)，我的基金申請書(shū)前前后后寫(xiě)了很多遍，每一次寫(xiě)對自己都有新的提升，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)清復雜的問(wèn)題，同時(shí)注意抑揚頓挫，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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