我校师生在复合材料领域TOP期刊上发表论文
时间: 2023-01-31
来源: 西华大学招生信息网
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近日，理学院陈明军教授团队在Composites Part B: Engineering（复合材料领域TOP期刊，一区，IF=11.322）上发表题为“Extra strong Cu2+-doped intumescent char to protect epoxy resin against fire”的研究论文。该论文的第一作者为理学院2019级材料科学与工程专业硕士研究生何磊，通讯作者是理学院汪婷博士和陈明军教授。
发表的论文封面
环氧树脂，简称EP，因其具有优异的介电性能、力学性能、尺寸稳定性和耐腐蚀性能等诸多优点，可被用作电气绝缘材料、耐腐蚀涂料、玻璃钢/复合材料等，应用于国防、军工和国民经济各领域。然而，环氧树脂自身极限氧指数（LOI）仅20%左右，在空气中极易被点燃，燃烧后火焰蔓延迅速，且伴随产生大量烟物和毒性气体，具有较大的火灾隐患。因此，同时赋予环氧树脂阻燃与抑烟性能具有极其重要的研究价值和实际意义。膨胀阻燃技术是实现环氧树脂阻燃和抑烟的最有效策略，在环氧树脂热分解过程中所成炭层的膨胀性、致密性和炭强度是同时实现阻燃和抑烟的关键。然而，已报道膨胀阻燃高分子材料极少能形成同时具有高膨胀度、高致密性和高炭强度的保护性炭层。陈明军教授自2014年入职西华大学以来，专注于高分子材料的绿色高阻燃化研究，并于2021年组建研究团队聚焦高分子材料的阻燃与防水功能化研究。基于团队前期在环氧树脂（Compos. Part B-Eng., 2022, 230, 109553; Polym. Adv. Technol., 2021, 32, 2940-2952; J. Therm. Anal. Calorim., 2018, 134, 1637-1646; RSC Adv., 2017, 7, 35619-35628.）和过渡金属调控膨胀阻燃行为（ACS Appl. Mater. Inter., 2022, 14, 54225-54232; Compos. Part B-Eng., 2019, 175, 107189-107201; Ind. Eng. Chem. Res., 2015, 54, 12705-12713.）的研究经验，发展了一种新型的Cu2+掺杂膨胀型阻燃剂（Cu-CHP）。该阻燃剂在高温下可以迅速膨胀炭化，形成致密的闭孔泡沫状膨胀炭层。令人惊讶的是，Cu-CHP在700 °C下的膨胀炭层可以承受超过自身2000倍的重量。得益于Cu-CHP出色的膨胀炭化能力，所得EP/Cu-CHP18%复合材料在燃烧过程中仍可形成能承受超过自身近100倍的高膨胀致密炭层。仅0.9 wt%的Cu2+含量，EP/Cu-CHP18%可承受约1400 °C的丁烷火焰持续灼烧约600秒，且LOI提高到31%，并通过垂直燃烧UL-94 V-0。此外，与未阻燃环氧树脂相比，EP/Cu-CHP18%的热释放速率峰值、火蔓延速率、总烟释放量和烟密度降幅分别高达70%、75%、53%和68%。该项工作为同时实现易燃高分子材料的阻燃与抑烟提供了一种新策略。
未阻燃EP (a-c)，新制CHP阻燃EP (d-f)和新制Cu-CHP阻燃EP (g-i)在丁烷火焰（约1400 °C）喷烧下的代表性图片
该项研究得到国家自然科学基金面上项目（21975208）、四川省杰出青年基金项目（2020JDJQ0062）和湖北省三峡实验室开放创新基金项目（SC213011、SK213005、2022LF2011）的资金支持。原文链接：https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2023.110539作者简介:
何磊，男，2019级西华大学理学院材料学科与工程专业硕士研究生，2022级四川大学材料与化工专业博士研究生在读。在西华大学攻读硕士学位期间，以第一作者身份在Composites Part B: Engineering（复合材料领域TOP期刊，一区，IF=11.322）发表SCI论文2篇，以共同作者身份在ACS Applied Materials & Interfaces，Journal of Applied Polymer Science和《大学化学》发表论文3篇，申请发明专利3项，授权1项，主研国家自然科学基金面上项目、四川省杰出青年基金项目等科研项目4项，参加学术会议3次，获优秀墙报奖1次，获第八届四川省“互联网+”创新创业大赛铜奖1项。
汪婷，西华大学理学院讲师，2019年获四川大学理学博士学位，主要从事阻燃材料的制备研究，其中包括：高性能难燃气凝胶的设计制备、泡沫材料的阻燃研究、功能性涂层等。主持国家自然科学基金青年项目和湖北三峡实验室创新项目2项；已在国际学术期刊发表SCI论文16篇，其中以第一作者发表在Journal of Materials Chemistry A（IF=14.511）上的文章被收录为该杂志“2020 Hot Paper集”，以第一作者发表在Chemistry of materials（IF=10.508）上的文章被收录为封面文章；已申请中国发明专利8项，授权5项，日本专利1项。
陈明军，男，博士，教授，教务处副处长兼创新创业学院院长，硕士研究生导师，四川省杰出青年基金获得者，四川省海外高层次留学人才。2014年获四川大学应用化学专业工学博士学位，同年到西华大学任教，2019-2020年在Texas A&M University做访问学者（合作导师：Prof. Grunlan Jaime C.），2021年在西华大学组建功能高分子研究团队，主要从事新型阻燃剂和防水剂的设计合成及应用、高分子复合材料的阻燃和防水功能化及其机理研究、阻燃与防水功能涂层技术。受邀在国际国内学术研讨会做学术报告10余次；主持国家自然科学基金面上项目和青年项目、四川省杰出青年基金项目等科研项目10余项，主研国家自然科学基金联合基金（重点项目）、四川省国际合作项目、湖北三峡实验室重点研发项目等10余项；发表SCI论文30余篇，H-index 21；授权发明专利6项，为企业中试生产产品2种。
发表的论文封面环氧树脂，简称EP，因其具有优异的介电性能、力学性能、尺寸稳定性和耐腐蚀性能等诸多优点，可被用作电气绝缘材料、耐腐蚀涂料、玻璃钢/复合材料等，应用于国防、军工和国民经济各领域。然而，环氧树脂自身极限氧指数（LOI）仅20%左右，在空气中极易被点燃，燃烧后火焰蔓延迅速，且伴随产生大量烟物和毒性气体，具有较大的火灾隐患。因此，同时赋予环氧树脂阻燃与抑烟性能具有极其重要的研究价值和实际意义。膨胀阻燃技术是实现环氧树脂阻燃和抑烟的最有效策略，在环氧树脂热分解过程中所成炭层的膨胀性、致密性和炭强度是同时实现阻燃和抑烟的关键。然而，已报道膨胀阻燃高分子材料极少能形成同时具有高膨胀度、高致密性和高炭强度的保护性炭层。陈明军教授自2014年入职西华大学以来，专注于高分子材料的绿色高阻燃化研究，并于2021年组建研究团队聚焦高分子材料的阻燃与防水功能化研究。基于团队前期在环氧树脂（Compos. Part B-Eng., 2022, 230, 109553; Polym. Adv. Technol., 2021, 32, 2940-2952; J. Therm. Anal. Calorim., 2018, 134, 1637-1646; RSC Adv., 2017, 7, 35619-35628.）和过渡金属调控膨胀阻燃行为（ACS Appl. Mater. Inter., 2022, 14, 54225-54232; Compos. Part B-Eng., 2019, 175, 107189-107201; Ind. Eng. Chem. Res., 2015, 54, 12705-12713.）的研究经验，发展了一种新型的Cu2+掺杂膨胀型阻燃剂（Cu-CHP）。该阻燃剂在高温下可以迅速膨胀炭化，形成致密的闭孔泡沫状膨胀炭层。令人惊讶的是，Cu-CHP在700 °C下的膨胀炭层可以承受超过自身2000倍的重量。得益于Cu-CHP出色的膨胀炭化能力，所得EP/Cu-CHP18%复合材料在燃烧过程中仍可形成能承受超过自身近100倍的高膨胀致密炭层。仅0.9 wt%的Cu2+含量，EP/Cu-CHP18%可承受约1400 °C的丁烷火焰持续灼烧约600秒，且LOI提高到31%，并通过垂直燃烧UL-94 V-0。此外，与未阻燃环氧树脂相比，EP/Cu-CHP18%的热释放速率峰值、火蔓延速率、总烟释放量和烟密度降幅分别高达70%、75%、53%和68%。该项工作为同时实现易燃高分子材料的阻燃与抑烟提供了一种新策略。
未阻燃EP (a-c)，新制CHP阻燃EP (d-f)和新制Cu-CHP阻燃EP (g-i)在丁烷火焰（约1400 °C）喷烧下的代表性图片该项研究得到国家自然科学基金面上项目（21975208）、四川省杰出青年基金项目（2020JDJQ0062）和湖北省三峡实验室开放创新基金项目（SC213011、SK213005、2022LF2011）的资金支持。原文链接：https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2023.110539作者简介:
何磊，男，2019级西华大学理学院材料学科与工程专业硕士研究生，2022级四川大学材料与化工专业博士研究生在读。在西华大学攻读硕士学位期间，以第一作者身份在Composites Part B: Engineering（复合材料领域TOP期刊，一区，IF=11.322）发表SCI论文2篇，以共同作者身份在ACS Applied Materials & Interfaces，Journal of Applied Polymer Science和《大学化学》发表论文3篇，申请发明专利3项，授权1项，主研国家自然科学基金面上项目、四川省杰出青年基金项目等科研项目4项，参加学术会议3次，获优秀墙报奖1次，获第八届四川省“互联网+”创新创业大赛铜奖1项。
汪婷，西华大学理学院讲师，2019年获四川大学理学博士学位，主要从事阻燃材料的制备研究，其中包括：高性能难燃气凝胶的设计制备、泡沫材料的阻燃研究、功能性涂层等。主持国家自然科学基金青年项目和湖北三峡实验室创新项目2项；已在国际学术期刊发表SCI论文16篇，其中以第一作者发表在Journal of Materials Chemistry A（IF=14.511）上的文章被收录为该杂志“2020 Hot Paper集”，以第一作者发表在Chemistry of materials（IF=10.508）上的文章被收录为封面文章；已申请中国发明专利8项，授权5项，日本专利1项。陈明军，男，博士，教授，教务处副处长兼创新创业学院院长，硕士研究生导师，四川省杰出青年基金获得者，四川省海外高层次留学人才。2014年获四川大学应用化学专业工学博士学位，同年到西华大学任教，2019-2020年在Texas A&M University做访问学者（合作导师：Prof. Grunlan Jaime C.），2021年在西华大学组建功能高分子研究团队，主要从事新型阻燃剂和防水剂的设计合成及应用、高分子复合材料的阻燃和防水功能化及其机理研究、阻燃与防水功能涂层技术。受邀在国际国内学术研讨会做学术报告10余次；主持国家自然科学基金面上项目和青年项目、四川省杰出青年基金项目等科研项目10余项，主研国家自然科学基金联合基金（重点项目）、四川省国际合作项目、湖北三峡实验室重点研发项目等10余项；发表SCI论文30余篇，H-index 21；授权发明专利6项，为企业中试生产产品2种。