2020年CAIA獎一等獎獲獎項目成果簡介：有機-無機復合材料納米無機相分散度熒光分析方法與應用
完成單位：北京化工大學
完成人：呂超，田銳，管偉江，林彥軍
成果簡介：
本工作基于熒光分子對無機相的修飾和靶向作用，通過共聚焦熒光顯微鏡成功定位了有機-無機復合材料中的無機相，實現(xiàn)了復合材料中無機相分散度的三維可視化及定性定量研究。本工作打開了有機-無機復合材料納米無機相分散度的三維、毫微米尺度評價新思路，為構(gòu)筑性能優(yōu)越的復合材料提供了直接的技術(shù)支撐。構(gòu)建的評價方法目前已成功完成對無機分散相如水滑石、蒙脫土、二氧化硅等無機相的熒光標記，對有機聚合物基質(zhì)如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯及硅橡膠等都具有可靠的研究結(jié)果，發(fā)表論文27篇（Angew. Chem. Int. Ed. 3篇, Nat. Commun. 1篇, Sci. Adv. 1篇, Chem. Sci. 2篇，Anal. Chem. 15篇等），授權(quán)專利5項。
創(chuàng)新點及科學價值：
本研究通過“前染修飾”和“后染定位”方法實現(xiàn)了無機相的固態(tài)發(fā)光，從而實現(xiàn)了無機相在復合材料中的成像分析，建立了三維、毫微米尺度有機?無機復合材料無機相分散度評價新方法；通過熒光可視化方法實現(xiàn)對無機相分散度的定量評價，建立了無機相分散度與宏觀性能關(guān)系，研究了無機相分散度對其宏觀性能的關(guān)鍵影響，為新型高效復合材料的設(shè)計提供理論依據(jù)。
研究成果通過對無機相的熒光識別染色和成像，實現(xiàn)了對有機-無機復合材料中無機相分散度的三維定性定量分析，該方法彌補了傳統(tǒng)方法在毫微米尺度對材料表征的缺憾，構(gòu)建了復合材料微觀結(jié)構(gòu)和宏觀性能之間的橋梁，為材料表征提供了新思路。建立的定量分析方法，能夠?qū)Ξa(chǎn)品分散度進行準確、有效的評價，為產(chǎn)品質(zhì)量篩選、工藝優(yōu)化研究等提供科學依據(jù)；為構(gòu)筑新型、高效、多功能有機-無機復合材料提供理論支撐。
社會經(jīng)濟效益：
該方法不僅能實現(xiàn)對復合材料生產(chǎn)工藝的指導，并且適用于對復合材料成品的現(xiàn)場無損分析，結(jié)果準確可靠，具有巨大的應用價值。分別在海爾集團、山東玲瓏輪胎股份有限公司、濟南泰星精細化工有限公司等行業(yè)龍頭企業(yè)制定企業(yè)標準3項，已指導上述企業(yè)生產(chǎn)復合材料800余噸，提高了復合材料的加工精度和產(chǎn)品質(zhì)量。經(jīng)過一年多的實施，這些企業(yè)標準提高了多種水滑石基復合材料的加工精度、產(chǎn)品質(zhì)量及性能等，實現(xiàn)了復合材料的連續(xù)、穩(wěn)定、高效生產(chǎn)。于2018年獲批中國石油和化學工業(yè)聯(lián)合會團體標準1項。
應用前景：
有機-無機復合材料種類繁多，工業(yè)用量大及產(chǎn)值高，僅中國大陸年用量約250萬噸，年產(chǎn)值約200億美元，在航天航空軍工等涉及國家安全以及衣食住行用等民生領(lǐng)域應用廣泛。本方法的建立能夠有效實現(xiàn)對復合材料的表征，并為復合材料在使用過程中無機相、添加劑的遷移研究提供幫助，為設(shè)計和構(gòu)筑新型、高性能復合材料提供理論依據(jù)。
