【基金故事】②費杰：找準(zhǔn)方向 久久為功

【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(xué)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(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，在2016年的國家自然科學(xué)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(zhǔn)備與申請背后的故事。

項目介紹

濕式傳動/制動系統(tǒng)對高性能碳布增強樹脂基復(fù)合材料提出迫切需求，但由于碳布與樹脂界面結(jié)合性能差，嚴(yán)重影響了該復(fù)合材料的摩擦穩(wěn)定性和使用壽命。鑒于此，本項目提出在碳布表面原位生長ZnO納米棒，構(gòu)筑多尺度增強體的新思路。首先通過雙烯合成反應(yīng)在碳布表面無損接枝含氧官能團(tuán)，利用溶膠凝膠法在其表面制備ZnO晶種層后，采用水熱電泳技術(shù)生長ZnO納米棒，構(gòu)筑ZnO納米棒/碳布多尺度增強體，并熱壓成型樹脂基復(fù)合材料。研究碳布表面含氧官能團(tuán)無損接枝規(guī)律，揭示雙烯合成反應(yīng)機制；研究碳布表面化學(xué)狀態(tài)、晶種層及生長條件等對ZnO納米棒生長的影響規(guī)律，揭示其生長機理；探索ZnO納米棒與碳纖維及樹脂間的界面增強機理，建立多尺度增強體與復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能之間的關(guān)系；闡明多尺度增強體在摩擦過程中的作用機制，建立摩擦磨損模型。

項目研究特色與創(chuàng)新點

本項目主要特色與創(chuàng)新點體現(xiàn)在如下兩方面:

(1) 基于雙烯合成反應(yīng)，將含氧官能團(tuán)無損接枝到碳纖維表面，避免傳統(tǒng)酸液氧化和高溫沉積對碳纖維的損傷，有效解決碳纖維表面活性增大和強度降低之間的矛盾。

(2) 采用水熱電泳技術(shù)在碳布表面生長ZnO納米棒，形成豐富的網(wǎng)絡(luò)分支結(jié)構(gòu)，改善垂直于纖維軸向的性能。這種工藝集合了水熱生長法和電化學(xué)沉積法的優(yōu)點，生長溫度低，快速高效，可獲得形貌均勻、長徑比適中的ZnO納米棒，為構(gòu)筑多尺度增強體提供新思路。

項目研究發(fā)展前沿和應(yīng)用前景

濕式摩擦材料主要應(yīng)用于汽車中的自動變速器、差速器、扭矩管理器和同步器等濕式傳動/制動系統(tǒng)中，其厚度僅為0.40-0.80mm，但摩擦表層需要承受高速剪切、摩擦熱沖擊以及高溫潤滑油浸蝕等苛刻條件。通俗來講，碳纖維增強的復(fù)合材料類似于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。我們都知道在鋼筋表面垂直焊接固定較短的鋼筋，則在澆筑混凝土后能進(jìn)一步提高整體性能?；诖?，我們在不破壞碳纖維結(jié)構(gòu)和性能的前提下，在碳纖維表面接枝易于與樹脂基體反應(yīng)的官能團(tuán)，采用液相法在碳纖維表面垂直生長納米棒，形成典型的“狼牙棒”結(jié)構(gòu)，使增強體“犬牙交錯”狀分布在基體中，則可大幅度改善其與基體的結(jié)合，使復(fù)合材料在摩擦過程中更加穩(wěn)定，提高摩擦磨損性能，進(jìn)而延長摩擦副的使用壽命，多尺度增強體在摩擦磨損過程中的作用如圖1所示。通過該研究，可以為摩擦材料的多尺度設(shè)計提供指導(dǎo)，進(jìn)而為汽車濕式傳動/制動系統(tǒng)摩擦副產(chǎn)品的更新?lián)Q代提供理論支撐和技術(shù)服務(wù)。

項目負(fù)責(zé)人研究方向

項目負(fù)責(zé)人費杰副教授，陜西省青年科技新星，主要研究方向為陶瓷材料、碳基復(fù)合材料和納米能源材料等。2011年6月進(jìn)入陜西科技大學(xué)，目前在材料學(xué)院從事教學(xué)科研工作。所在團(tuán)隊為陜西省陶瓷材料綠色制造與新型功能化應(yīng)用重點科技創(chuàng)新團(tuán)隊，該團(tuán)隊以黃劍鋒教授為負(fù)責(zé)人，主要從事陶瓷綠色制造、高溫陶瓷涂層材料、新型碳基復(fù)合材料和新型能源材料等領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究，是省級重點科技創(chuàng)新團(tuán)隊。費杰副教授先后主持國家自然科學(xué)基金青年項目、中國博士后基金以及陜西省自然科學(xué)基金等10余項科研項目。在《RSC advances》，《Tribology International》等學(xué)術(shù)期刊發(fā)表論文20余篇，獲批發(fā)明專利10余項。榮獲中國輕工業(yè)聯(lián)合會技術(shù)發(fā)明一等獎1項(第2)，陜西省科學(xué)技術(shù)一等獎1項(第5)以及西安市科技二等獎1項(第1)。

國家自然科學(xué)基金申報認(rèn)識

頂層設(shè)計最重要，申請書主題應(yīng)該提前一年進(jìn)行構(gòu)思設(shè)計。撰寫申請書時，可以從國家基金委網(wǎng)站上查詢近幾年與擬申請項目主題相關(guān)的項目內(nèi)容，認(rèn)真了解獲批項目的題目、摘要和主要研究內(nèi)容等，進(jìn)而思考自己擬定的主題是否有意義，是否在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上有創(chuàng)新，個人覺得一定要防止題目和摘要和現(xiàn)有獲批項目過于相近。我在全面檢索濕式摩擦材料、碳纖維改性、復(fù)合材料界面以及納米氧化物可控生長等方面的項目，并在研究生開展實驗的基礎(chǔ)上，最終確定了申請書的主題。項目的頂層設(shè)計如果達(dá)到“選題具有重要科學(xué)意義和創(chuàng)新”的境界，我想這樣就成功了一半。

“庖丁解?！卑阏归_申請書各部分寫作。在項目頂層設(shè)計的框架下，撰寫申請書是一個長時間積累的過程，我們要“庖丁解?！卑汩_展立項依據(jù)、研究內(nèi)容、研究目標(biāo)、創(chuàng)新點以及研究方案等部分的寫作工作。我覺得每句、每段、每一部分都要認(rèn)真推敲，力爭完全為項目頂層服務(wù)，做到言之有意，言之有據(jù)，言之有料，而不能“東一榔頭西一斧子”，偏離主題，脫離靶心。撰寫申請書主要集中在寒假期間，這時候靜下心來，心無旁騖，認(rèn)真思考，多請教有經(jīng)驗的老師，我的申請書每次都得到校內(nèi)外多名老師的指導(dǎo)，同時研究生在檢索文獻(xiàn)、完善研究內(nèi)容以及構(gòu)思示意圖等多個方面提供了大量幫助，在此對老師和同學(xué)們的幫助表示衷心的感謝。 “它山之石，可以攻玉”，多與同行交流，不怕獻(xiàn)丑，我相信總是有益于項目的完善提高，從而得到評委專家的認(rèn)可。

（核稿：崔楠 編輯：杜楊 學(xué)生編輯：康松磊 見習(xí)美編：周純）