【基金故事】②費杰：找準方向 久久為功

【基金故事】2015年，中國發表的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新、自然基金準備與申請背后的故事。

項目介紹

濕式傳動/制動系統對高性能碳布增強樹脂基復合材料提出迫切需求，但由于碳布與樹脂界面結合性能差，嚴重影響了該復合材料的摩擦穩定性和使用壽命。鑒于此，本項目提出在碳布表面原位生長ZnO納米棒，構筑多尺度增強體的新思路。首先通過雙烯合成反應在碳布表面無損接枝含氧官能團，利用溶膠凝膠法在其表面制備ZnO晶種層后，采用水熱電泳技術生長ZnO納米棒，構筑ZnO納米棒/碳布多尺度增強體，并熱壓成型樹脂基復合材料。研究碳布表面含氧官能團無損接枝規律，揭示雙烯合成反應機制；研究碳布表面化學狀態、晶種層及生長條件等對ZnO納米棒生長的影響規律，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合材料微觀結構及力學性能之間的關系；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。

項目研究特色與創新點

本項目主要特色與創新點體現在如下兩方面:

(1) 基于雙烯合成反應，將含氧官能團無損接枝到碳纖維表面，避免傳統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) 采用水熱電泳技術在碳布表面生長ZnO納米棒，形成豐富的網絡分支結構，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沉積法的優點，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，為構筑多尺度增強體提供新思路。

項目研究發展前沿和應用前景

濕式摩擦材料主要應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，碳纖維增強的復合材料類似于鋼筋混凝土結構。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一步提高整體性能。基于此，我們在不破壞碳纖維結構和性能的前提下，在碳纖維表面接枝易于與樹脂基體反應的官能團，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”結構，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合，使復合材料在摩擦過程中更加穩定，提高摩擦磨損性能，進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計提供指導，進而為汽車濕式傳動/制動系統摩擦副產品的更新換代提供理論支撐和技術服務。

項目負責人研究方向

項目負責人費杰副教授，陜西省青年科技新星，主要研究方向為陶瓷材料、碳基復合材料和納米能源材料等。2011年6月進入陜西科技大學，目前在材料學院從事教學科研工作。所在團隊為陜西省陶瓷材料綠色制造與新型功能化應用重點科技創新團隊，該團隊以黃劍鋒教授為負責人，主要從事陶瓷綠色制造、高溫陶瓷涂層材料、新型碳基復合材料和新型能源材料等領域的基礎研究和應用研究，是省級重點科技創新團隊。費杰副教授先后主持國家自然科學基金青年項目、中國博士后基金以及陜西省自然科學基金等10余項科研項目。在《RSC advances》，《Tribology International》等學術期刊發表論文20余篇，獲批發明專利10余項。榮獲中國輕工業聯合會技術發明一等獎1項(第2)，陜西省科學技術一等獎1項(第5)以及西安市科技二等獎1項(第1)。

國家自然科學基金申報認識

頂層設計最重要，申請書主題應該提前一年進行構思設計。撰寫申請書時，可以從國家基金委網站上查詢近幾年與擬申請項目主題相關的項目內容，認真了解獲批項目的題目、摘要和主要研究內容等，進而思考自己擬定的主題是否有意義，是否在現有研究基礎上有創新，個人覺得一定要防止題目和摘要和現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上，最終確定了申請書的主題。項目的頂層設計如果達到“選題具有重要科學意義和創新”的境界，我想這樣就成功了一半。

“庖丁解牛”般展開申請書各部分寫作。在項目頂層設計的框架下，撰寫申請書是一個長時間積累的過程，我們要“庖丁解牛”般開展立項依據、研究內容、研究目標、創新點以及研究方案等部分的寫作工作。我覺得每句、每段、每一部分都要認真推敲，力爭完全為項目頂層服務，做到言之有意，言之有據，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，認真思考，多請教有經驗的老師，我的申請書每次都得到校內外多名老師的指導，同時研究生在檢索文獻、完善研究內容以及構思示意圖等多個方面提供了大量幫助，在此對老師和同學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可。

（核稿：崔楠 編輯：杜楊 學生編輯：康松磊 見習美編：周純）