纤维素纳米纤维基仿生序构低热膨胀系数抗冲击结构材料
批准号:
92163130
项目类别:
重大研究计划
资助金额:
65.0 万元
负责人:
管庆方
依托单位:
学科分类:
新概念材料
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
管庆方
中文摘要
航空航天和国家重大工程等高技术领域对工程结构材料的性能不断提出新的需求。研制集成了轻质高强韧、极低热膨胀系数、抗冲击等优异综合性能的新型结构材料,在轻量化抗冲击防护和缓冲材料、空间材料、精密仪器结构件等应用领域具有重要的战略意义。本项目拟基于仿生组装原理,利用空心微珠、纳米纤维以及云母片层等具有独特本征性能的功能基元,通过仿生复杂序构设计将其构筑成一系列高性能复杂序构结构材料。拟采用多层序构和周期性密度梯度等复杂序构设计手段进行材料构筑,研究具有不同功能基元和复杂结构序构的复合结构材料的力学和热学性能,阐明功能基元之间的相互作用和基元与序构协同关联效应对材料强韧性、热膨胀系数及抗冲击等性能的作用机制。同时探究复杂序构材料在高速冲击作用下的力学行为,总结相关理论并发展多维复杂序构防护新材料的按需设计方法,为航空航天和国家重大工程等高技术领域提供具有优异综合性能的新型复合材料。
英文摘要
In the field of aerospace materials, the harsh environment and increasing performance requirements continuously put forward new demands for engineering structural materials. Developing new composite materials which process low density, high strength, high toughness, and high dimensional stability is of important strategic significance in aerospace-related fields. These materials will have broad application prospects in the fields of lightweight, impact-resistant protective materials, precision instrument structural parts, etc. Based on this situation, this project intends to build a series of high-performance composite materials with the biomimetic ordered structure, using functional elements with unique intrinsic properties, such as hollow microspheres, nanofibers, and mica microplates. The project intends to use multi-layer ordered structure and periodic density gradient ordered structure for material construction and explores the mechanical and thermal properties of composite structure materials based on functional elements with different structural properties and ordered structures with different structural parameters. The project also intends to clarify the interaction between functional elements and how the synergy between functional elements and order structure influenced strength, toughness, thermal expansion coefficient, and impact resistance properties of materials. Meanwhile, this project aims at establishing the mechanical theory of materials with ordered structures under the high-speed impact. Under the guidance of this theory, new materials can be designed based on the demands of application and composite materials with excellent comprehensive performance will be provided for aerospace and other fields.
针对航空航天和国家重大工程领域对高性能材料的迫切需求,本项目基于“功能基元+序构”的途径,通过仿生结构设计,建立了通过层层组装技术合成具有复杂序构和多尺度功能基元的高性能防护材料的新方法。高效剥离提取纤维素纳米纤维结构基元,分别研究其与空心玻璃微珠和二维无机片层等功能基元的组装行为、结构特性与力学性能,得到了具有低热膨胀系数和防火阻燃等性能的仿生材料。进而将纤维素纳米纤维、空心微珠、二维无机片层等功能基元,通过仿生序构,层层组装得到了具有多维复杂序构的防护新材料,其比强度与比能量吸收性能优于传统吸能材料。最终通过精确调控密度梯度和周期性复杂序构的核心参数,深入分析了功能基元之间的相互作用和基元与序构协同关联效应对材料强韧性、抗冲击等性能的影响,并采用梯度结构设计进行吸波等功能耦合尝试,在轻量化抗冲击防护等领域展现出应用潜力。项目执行期间共发表相关论文14篇,申请专利8项。
纤维素纳米纤维基仿生序构低热膨胀系数抗冲击结构材料
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批准号:--
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项目类别:--
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资助金额:65万元
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批准年份:2021
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负责人:管庆方
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依托单位:
细菌纤维素三维结构性电极粘结体系的微生物合成与性能研究
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批准号:22105194
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项目类别:青年科学基金项目(C类)
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资助金额:30.0万元
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批准年份:2021
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负责人:管庆方
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依托单位:
国内基金
海外基金