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耐高溫樹(shù)脂由于輕質(zhì)高強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，在航天航空領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。但是配套樹(shù)脂的發(fā)展仍相對(duì)滯后，成為了限制復(fù)合材料性能提升的瓶頸。當(dāng)前的問(wèn)題是：樹(shù)脂的使用溫度能不能再提高一截，樹(shù)脂更替的速度能不能再加快一點(diǎn)，以滿足航天航空領(lǐng)域的進(jìn)一步需求？但是，熱固性樹(shù)脂設(shè)計(jì)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(yú)和熊掌不可兼得，為耐高溫樹(shù)脂的設(shè)計(jì)帶來(lái)了極大的困難。

最近，華東理工大學(xué)林嘉平教授團(tuán)隊(duì)在耐高溫樹(shù)脂的設(shè)計(jì)方法上取得了突破，建立了適用于高性能聚合物設(shè)計(jì)的材料基因組方法，大大加快了樹(shù)脂的研發(fā)速率，有望改變以試錯(cuò)為主的傳統(tǒng)材料設(shè)計(jì)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(shuō)明：面向樹(shù)脂設(shè)計(jì)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(cè)，結(jié)構(gòu)篩選，性能驗(yàn)證等步驟?；蚨x、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(cè)是快速篩選的基礎(chǔ)，通過(guò)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(shù)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(jì)算低代價(jià)的代理量，通過(guò)第一步的篩選，減少候選樹(shù)脂的數(shù)量，然后通過(guò)高代價(jià)代理量的計(jì)算，從中找出優(yōu)選樹(shù)脂，提高了篩選效率。通過(guò)以上步驟，成功設(shè)計(jì)獲得了一種新型耐高溫樹(shù)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?shù)脂的需求。

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(shù)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(jì)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