【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(yīng)及其對界面結(jié)構(gòu)與粘結(jié)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(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驗數(shù)據(jù)支持，如何通過調(diào)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(jié)構(gòu)，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(yīng)的競爭機制，闡明該機制對界面結(jié)構(gòu)、組成及分布的影響規(guī)律，明確界面結(jié)構(gòu)與復合材料界面粘結(jié)性能的關(guān)聯(lián)關(guān)系，以期實現(xiàn)碳纖維/樹脂界面調(diào)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(yīng)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(shè)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(jié)構(gòu)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(yīng)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(jié)構(gòu))，空客A350計劃復合材料用量也達到53%。汽車(圖1b)，在設(shè)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(zhì)高強、可設(shè)計、結(jié)構(gòu)應(yīng)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(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)過特殊成型工藝復合而成，在此過程中，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(gòu)關(guān)系，進而分析界面結(jié)構(gòu)對界面性能的影響，建立宏微觀關(guān)聯(lián)關(guān)系，為實現(xiàn)界面調(diào)控，優(yōu)化界面性能預測模型，推動新型復合材料的設(shè)計和開發(fā)(圖2)提供理論依據(jù)。
圖1 碳纖維復合材料的應(yīng)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(jié)構(gòu)件的多尺度設(shè)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(jié)構(gòu)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(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，同時可避免犯低級錯誤；看申請書提綱，明確每部分設(shè)立的目的及相互間的關(guān)系；看國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的研究進展，總結(jié)并加以提煉；看已中的優(yōu)秀標書，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，不好的各有各的特點；看小木蟲、科學網(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(nèi)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(chǔ)。
(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?！靶隆?，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?shù)摹＿@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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