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Chem. Mater.報道華東理工大學(xué)在高分子材料基因工程上的新突破

來源:華東理工大學(xué)      2020-05-22
導(dǎo)讀:耐高溫樹脂由于輕質(zhì)高強(qiáng)的優(yōu)點,在航天航空領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。但是配套樹脂的發(fā)展仍相對滯后,成為了限制復(fù)合材料性能提升的瓶頸。當(dāng)前的問題是:樹脂的使用溫度能不能再提高一截,樹脂更替的速度能不能再加快一點,以滿足航天航空領(lǐng)域的進(jìn)一步需求?但是,熱固性樹脂設(shè)計中普遍存在著提高耐熱性能與降低固化溫度相矛盾的現(xiàn)象,就像魚和熊掌不可兼得,為耐高溫樹脂的設(shè)計帶來了極大的困難。

耐高溫樹脂由于輕質(zhì)高強(qiáng)的優(yōu)點,在航天航空領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。但是配套樹脂的發(fā)展仍相對滯后,成為了限制復(fù)合材料性能提升的瓶頸。當(dāng)前的問題是:樹脂的使用溫度能不能再提高一截,樹脂更替的速度能不能再加快一點,以滿足航天航空領(lǐng)域的進(jìn)一步需求?但是,熱固性樹脂設(shè)計中普遍存在著提高耐熱性能與降低固化溫度相矛盾的現(xiàn)象,就像魚和熊掌不可兼得,為耐高溫樹脂的設(shè)計帶來了極大的困難。

最近,華東理工大學(xué)林嘉平教授團(tuán)隊在耐高溫樹脂的設(shè)計方法上取得了突破,建立了適用于高性能聚合物設(shè)計的材料基因組方法,大大加快了樹脂的研發(fā)速率,有望改變以試錯為主的傳統(tǒng)材料設(shè)計方法。該工作以“Rational Design of Heat-Resistant Polymers with Low Curing Energies by a Materials Genome Approach”為題發(fā)表在材料化學(xué)領(lǐng)域重要刊物Chem. Mater.(DOI: /10.1021/acs.chemmater.0c00238)。

圖片說明:面向樹脂設(shè)計的材料基因工程方法

本工作發(fā)展的材料基因工程方法包含基因定義、收集與組合,性能預(yù)測,結(jié)構(gòu)篩選,性能驗證等步驟。基因定義、收集與組合為增強(qiáng)合成的可行性,定義合成用化學(xué)單體為基因,并進(jìn)行組合篩選。性能預(yù)測是快速篩選的基礎(chǔ),通過數(shù)據(jù)挖掘,找到了能夠代理熱穩(wěn)定性和固化溫度的物理量,為快速篩選熱穩(wěn)定性好、固化溫度低的樹脂奠定了理論基礎(chǔ)。結(jié)構(gòu)篩選提出了“先粗篩、再精選”的兩步策略,即先計算低代價的代理量,通過第一步的篩選,減少候選樹脂的數(shù)量,然后通過高代價代理量的計算,從中找出優(yōu)選樹脂,提高了篩選效率。通過以上步驟,成功設(shè)計獲得了一種新型耐高溫樹脂,其5 %熱分解溫度大于650 ℃、固化溫度小于250 ℃, 有望在600 ℃下短期使用并滿足航天航空領(lǐng)域?qū)δ透邷貥渲男枨蟆?/span>

該工作由華東理工大學(xué)博士生朱峻立、碩士生楚明在王立權(quán)副教授的指導(dǎo)下完成。研究工作得到了林嘉平教授和耐高溫樹脂領(lǐng)域著名專家杜磊教授的全程指導(dǎo),以“頂天立地”為目標(biāo),既發(fā)展理論設(shè)計方法,又面向?qū)嶋H應(yīng)用需求,推進(jìn)高分子材料基因工程的高質(zhì)量發(fā)展。

論文鏈接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemmater.0c00238


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