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耐高溫樹脂由于輕質(zhì)高強的優(yōu)點，在航天航空領(lǐng)域有著廣泛的應用。但是配套樹脂的發(fā)展仍相對滯后，成為了限制復合材料性能提升的瓶頸。當前的問題是：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，華東理工大學林嘉平教授團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，性能預測，結(jié)構(gòu)篩選，性能驗證等步驟?；蚨x、收集與組合為增強合成的可行性，定義合成用化學單體為基因，并進行組合篩選。性能預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博士生朱峻立、碩士生楚明在王立權(quán)副教授的指導下完成。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，以“頂天立地”為目標，既發(fā)展理論設(shè)計方法，又面向?qū)嶋H應用需求，推進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