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  《國家自然科學基金資助項目優(yōu)秀成果選編》是國家自然科學基金委員會在歷年國家自然基金資助項目成果中，遴選的具有重要應用前景和創(chuàng)新性成果，能夠為解決我國經(jīng)濟發(fā)展中關鍵科學問題和提高我國自主創(chuàng)新能力提供科技動力和智力支持的基礎研究成果集，每5年評選一次，編輯成冊向國內(nèi)外發(fā)行，已連續(xù)出版六部。

  國家自然科學基金資助項目優(yōu)秀成果選編（六）推介高分子領域優(yōu)秀成果如下：

創(chuàng)建低溫溶解機理及構筑天然高分子基新材料

New Mechanism of Dissolution at Low Temperature andConstruction of the Natural Polymer Based Novel Materials

  武漢大學張俐娜教授在國家自然科學基金（批準 號：21334005，30530850，59933070，20874079，20474048）等的資助下，進行了天然高分子結構、分子尺寸和鏈構象表征以及天然高分子基新材料構筑的系統(tǒng)研究，并已取得原始創(chuàng)新性和具有實用價值的科研成果。例如，開創(chuàng)嶄新的低溫溶解法，實現(xiàn)難溶性纖維素、甲殼素、甚至聚苯胺在 NaOH/ 尿素水溶液等體系中低溫溶解，并提出低溫下大分子與溶劑形成氫鍵配體導致溶解的新機理。同時，利用低溫溶解的纖維素、甲殼素、殼聚糖和聚苯胺溶液通過物理再生方法構建出一系列新材料（光、電、磁功能材料、儲能材料、生物醫(yī)用材料、分離與吸附材料等），由此打開了利用可再生的生物質資源構建環(huán)境友好材料的“綠色”新途徑，并揭示其結構與性能之間的構效關系。

  2011 ～ 2015 年張俐娜教授獲 2011 年度美國化學會安塞姆·佩恩獎（國際纖維素與可再生資源材料領域最高獎），評價為：“這是纖維素加工技術上的里程碑”；獲 2012年度國家自然科學獎二等獎、2012 年度教育部高等學校十大科技進展和 2013 年度武漢市科技重大貢獻獎。此外，發(fā)表論文約 100 篇、申請發(fā)明專利34 項、主編《天然高分子基新材料》系列叢書（共十冊）。

美國化學會安塞姆·佩恩獎獎章、國家自然科學獎二等獎證書、教育部高等學校十大科技進展證書和武漢市科技重大貢獻獎證書（從左至右）

可控聚合及其工業(yè)化新技術

Controlled Polymerization and Its Industrial Applications

  合成橡膠是國際公認的戰(zhàn)略物資，我國是世界上第一大合成橡膠生產(chǎn)國。掌握合成橡膠的關鍵核心技術——引發(fā) / 催化劑體系及可控聚合技術，為使將來成為世界合成橡膠強國奠定科學與技術基礎。

  北京化工大學吳一弦教授在國家自然科學基金（批準號：20204001，20934001，51221002）的資助下，在引發(fā) / 催化體系構筑、活性中心的活性與穩(wěn)定性、聚合方法及聚合新工藝方面開展系統(tǒng)研究，并將高分子化學與無機化學、有機化學、化學工程等學科交叉融合，從科學研究、技術創(chuàng)新到產(chǎn)業(yè)應用，取得了重要進展：1. 發(fā)明了新引發(fā)體系及異丁烯可控聚合方法，揭示了可控引發(fā)、可控鏈增長及聚合特征轉化的機理，實現(xiàn)了原位調控聚合物微觀結構參數(shù)，研究成果已成功應用于我國丁基橡膠工業(yè)化生產(chǎn)。2. 發(fā)展了水相正離子聚合新方法及非極性烯烴單體在極性水相介質中低溫聚合綠色工藝，突破了關鍵科學與技術難題，改變了傳統(tǒng)認識。3. 發(fā)明了高活性、高定向性的稀土催化劑及其制備方法，實現(xiàn)了烯烴立構聚合與活性聚合的統(tǒng)一，發(fā)明了聚合體系徹底終止 / 降黏技術。進一步與中國石化企業(yè)合作開展工程化研究，建成中國石化第一套稀土順丁橡膠工業(yè)裝置（規(guī)模：3 萬噸 / 年），實現(xiàn)了研究成果向產(chǎn)業(yè)轉化。 

  相關研究已獲授權發(fā)明專利 37 項（其中，國際發(fā)明專利 12 項），多項專利技術已在工業(yè)化生產(chǎn)中實施應用。共發(fā)表學術論文 24 篇。獲中國石油化工集團公司科技進步獎一等獎 1 項和二等獎 1 項、中國青年科技獎 1項和中國青年女科學家獎 1項，入選國家百千萬人才工程 1 項。

稀土催化丁二烯聚合制備高性能順丁橡膠工業(yè)化裝置（3 萬噸 / 年）

新型纖維狀能源器件

Novel Fiber-shaped Energy Conversion and Storage Devices

  剛性的塊狀或板狀結構已成為能源器件進一步發(fā)展的瓶頸問題，如可穿戴設備被認為是下一個全球科技革命的突破口，但目前相對笨重的供能系統(tǒng)無法滿足其輕質、柔性、可集成等綜合性能要求。

  復旦大學彭慧勝教授在國家自然科學基金（批準號：20904006，21225417，51573027，91027025）的資助下，在國際上提出并發(fā)展出新型纖維狀的太陽能電池、鋰離子電池和超級電容器，與通常的平面結構相比具有質量輕、柔性好、可集成等優(yōu)點，并可通過低成本的紡織技術實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)，在新能源領域發(fā)展了一個新方向。可望帶來新的科技革命，改變?nèi)藗兊纳罘绞健?nbsp;

  彭慧勝教授以通訊作者發(fā)表論文 90 多篇，包括 1 篇Nature Nanotech.、1 篇 NaturePhoton.、21 篇 Angew. Chem.Int. Ed.、2 篇 J. Am. Chem.Soc. 和 25 篇 Adv. Mater.。 成果 2 次 被 Science 和 5 次 被Nature 以“研究亮點”等報道，2011 年被 Nature 集團評為月度“亞太地區(qū)十大研究亮點”。應邀出版專著 Fiber-shaped energy harvestingand storage devices（Springer）。授權發(fā)明專利 40 多項，其中 30 項實現(xiàn)了轉讓。獲得國內(nèi)外學術榮譽 19 項，包括英國皇家化學會 Fellow、美國杜邦教授獎、教育部長江學者特聘教授、中國青年科技獎等。指導的 1 名畢業(yè)生因為博士學位論文獲得國際純粹與應用化學聯(lián)合會國際青年化學家獎、2 名博士生獲得美國材料研究學會優(yōu)秀博士生獎。

2015年 NatureNanotechnology 以封面報道新型纖維狀材料與器件

啟動剪切下纏結高分子流體的非線性流變學

Non-linear Rheology of Entangled Polymer Fluids duringStartup Shear

  中國科學院長春應用化學研究所安立佳研究員等在國家自然科學基金（批準號：21120102037）的資助下，發(fā)展和建立了一整套研究纏結高分子流體的Brown 動力學模擬和分析方法，發(fā)現(xiàn)在剪切速率高于松弛時間倒數(shù)且低于 Rouse松弛時間倒數(shù)的啟動剪切下，①纏結的分子鏈不僅發(fā)生了取向，而且顯著地被拉伸，說明分子鏈的運動不服從 Rouse動力學。②纏結的分子鏈確實發(fā)生了解纏結，在啟動剪切初期，被拉伸的“纏結網(wǎng)絡”能夠抑制分子鏈解纏結，說明即使“管子”存在，也不是一條光滑、無勢壘的管道。③應力過沖與取向貢獻的應力無關，只與衡量分子鏈拉伸和回縮的超額應力相關，且應力極大值與輪廓長度極大值對應的應變基本一致，說明應力過沖的分子機理是被拉伸的分子鏈發(fā)生了回縮，而不是“管子模型”預言的分子鏈過度取向。

  以上研究結果首次在分子水平上質疑了學術界普遍使用的“管子模型”基本假定和物理圖像的有效性。在此基礎上，他們還提出了“纏結高分子流體剪切抑制解纏結”的新概念，用于描述傳統(tǒng)理論無法理解的纏結高分子流體非線性流變學行為，為重新構建纏結高分子流體非線性流變學理論和發(fā)展高分子材料加工新技術提供了清晰的物理圖像。

快速啟動剪切下，纏結高分子流體分子圖像、輪廓長度與剪切應力的“管子模型”預測與 Brown 動力學模擬的比較

NT3-殼聚糖支架激活內(nèi)源性神經(jīng)發(fā)生修復脊髓損傷

NT3-chitosan Scaffold Activates Robust Endogenous NeurogenesistoEnable Functional Recovery after Spinal Cord Injury

  北京航空航天大學與首都醫(yī)科大學雙聘教授李曉光團隊在國家自然科學基金（批 準 號：31130022，31320103903）的資助下，在國際上首次證明，采用無生命的生物材料激活自體內(nèi)源性干細胞修復脊髓損傷，向修復中樞神經(jīng)損傷邁出了重要一步。2015 年 10 月 12 日，國際著名期刊《美國科學院院刊》（PNAS）同期發(fā)表了該團隊“神經(jīng)營養(yǎng)因子 3- 殼聚糖通過誘發(fā)大鼠內(nèi)源性神經(jīng)新生修復受損脊髓功能”和“通過轉錄組分析揭示脊髓損傷后功能修復的潛在分子機制”的兩篇論文。脊髓損傷（SCI）也稱截癱，不但造成患者終身殘疾，而且會給家庭和社會帶來沉重的負擔，是世界醫(yī)學界尚未解決的重大難題。 

  這項成果的創(chuàng)新性在于利用生物材料激活動物內(nèi)源性神經(jīng)干細胞修復脊髓損傷，避免了倫理糾紛、免疫排斥和發(fā)生腫瘤的風險，為治療截癱開創(chuàng)了全新思路。如果臨床治療有效，將會破解百年來“中樞神經(jīng)不能再生”的世界重大醫(yī)學難題，其社會效益、經(jīng)濟效益及歷史意義是不可估量的。2013 年諾貝爾生理或醫(yī)學獎獲得者、美國斯坦福大學的 SüDHOF Thomas C教授在《中國科學》發(fā)表評論文章，對這項研究成果進行高度評價。路透社也對這項成果進行了報道，目前國外同行也對該項成果進行關注，紛紛表達合作的意愿。

術后 6 個月NT-3-殼聚糖支架內(nèi)新生的脊髓組織，其上分布有清晰的血管網(wǎng)絡。殼聚糖支架的分子結構由棍棒圖顯示

借助WGCNA分析揭示了脊髓損傷 /再生過程中的相關基因表達模塊

航空航天用高性能碳 / 碳復合材料基礎理論與應用

Theory and Application of High-performance Carbon/CarbonComposites Applied in Aerospace

  西北工業(yè)大學李賀軍教授及其團隊在國家自然科學基金（批準號：50225210，50372050，50572091，50072019，90716024）等的資助下，在航空航天用高性能碳 / 碳復合材料基礎理論與應用方面取得了重要成果。 

  碳 / 碳復合材料屬戰(zhàn)略性高技術材料，是先進空天飛行器及其動力系統(tǒng)不可或缺的關鍵材料。近年來，高技術武器裝備的跨代發(fā)展尤其是多個國家重大專項對碳 / 碳復合材料提出了更高溫度、更抗沖刷、更長時間的嚴酷環(huán)境使用要求。研究團隊針對影響該材料應用的一系列關鍵科學問題，揭示了不同織構熱解炭形成機制，實現(xiàn)了基體熱解炭的微結構精細調控，以 T300 碳纖維預制體制備出室溫彎曲強度超過 500MPa、1700℃彎曲強度達800MPa 的碳 / 碳復合材料。揭示了原位定向納米管 / 線結構形貌控制與增強增韌機理，發(fā)展了微納多尺度增強增韌方法，實現(xiàn)了材料強度與韌性的同步提高，滿足了航空航天領域特殊熱結構件的苛刻性能要求。揭示了涂層高溫防護、自愈合與氧化失效機理，開拓了多相鑲嵌、自愈合及納米線增韌等多種涂層體系設計及制備方法，解決了涂層與基體界面相容性難題，使涂層在空氣環(huán)境中防護壽命達 1500℃、1480h，1600℃、900h，在 1600℃燃氣風洞沖刷環(huán)境下的防護壽命超過 300h，為該材料在航空航天熱結構熱防護部件上的應用奠定了基礎。 

  研究成果得到了國內(nèi)外同行的高度評價：Mater. Res. Lett. 主編，美國 Y T Zhu教授評價認為：“碳納米管的引入顯著提高了碳 / 碳復合材料的性能”。ScriptaMaterialia 前主編、美國工程院院士 J HPerepezko 教授認為：“制備的涂層具有良好的抗氧化和抗熱震性能”。南洋理工大學納米材料專家 K Zhou 教授在論文（Pro.Mater. Sci.，IF 27.417）中大篇幅評價認為：“納米線拔出、橋連與誘導裂紋轉向增韌機制顯著提高了涂層氧化保護效果。研究成果獲 2008 年度國家技術發(fā)明獎二等獎、2008 年陜西省科學技術獎一等獎及 2013年度教育部技術發(fā)明獎一等獎；獲全國百篇優(yōu)秀博士學位論文 1 篇。相關理論成果已應用于兵器XX 系列遠程火箭 彈、XX 超 音速導彈發(fā)動機等陸海空軍的多種高新武器裝備及重點型號，為國防高技術武器裝備的跨代發(fā)展提供了有力支撐。

抗氧化碳 / 碳噴管1600℃燃氣風洞試驗考核

節(jié)油輪胎用高性能橡膠納米復合材料的設計及制備

Design and Preparation of High Performance RubberNanocomposites toward Fuel-efficient Passenger Tyres

  “節(jié) 油、 安 全” 已 成 為 汽 車 輪 胎的發(fā)展趨勢，高性能橡膠納米復合材料（RNC）是發(fā)展節(jié)油安全輪胎的關鍵。發(fā)展新型無機納米填料的低成本納米分散方法解決納米填料的分散與界面調控難題，一直是困擾橡膠納米復合材料規(guī)模化制備及應用的瓶頸。

  北京化工大學張立群教授研究團隊在國家自然科學基金（批準號：50303002，50403029，50673010，50725310，51073009）等的長期資助下，在節(jié)油輪胎用 RNC 的設計與制備方面取得了重要成果。團隊率先將分子模擬方法引入到復雜的橡膠復合材料體系的研究中，在納米填料的分散與聚集、納米復合材料的界面及非線性黏彈性等方面取得了重要的理論成果；發(fā)明了水相納米解離 - 改性 - 乳液共混共凝聚技術，開發(fā)了原位改性熔體分散技術，解決了不同納米填料在橡膠中的納米分散與界面調控的難題，進而開發(fā)了高性能的輪胎氣密層用層狀硅酸鹽 RNC、胎面用高填充納米二氧化硅 RNC、鋼絲圈三角膠用納米短纖維RNC，實現(xiàn)了規(guī)模化制備，研制出達到國際最好水平的節(jié)油安全輪胎 (B/A 級 )，產(chǎn)品 80% 以上出口。國際權威汽車雜志德國 AUTO BILD 對全球 50 個著名品牌輪胎測評，采用本成果生產(chǎn)的節(jié)油輪胎與米西林輪胎同獲“最優(yōu)”評價。本成果為我國輪胎行業(yè)應對歐盟輪胎標簽法、各種貿(mào)易技術壁壘具有重要的支撐引領作用。 

  研究成果發(fā)表 SCI 收錄論文 134 篇，SCI 他引 1672 次，受到國際同行高度評價。參編 4 部英文專著，授權發(fā)明專利20 項。在大型國際會議上作邀請報告和大會報告 20 余次。有關研究論文分別在澳大利亞第五屆國際復合材料會議上獲Klaus Friedrich 最好論文獎，以及獲英國材料、礦物和采礦學會 Alan GlanvillAward 最好論文獎。相關成果獲 2015 年度國家技術發(fā)明獎二等獎。還獲得中國石油和化學工業(yè)協(xié)會科技進步獎一等獎2 項，中國產(chǎn)學研促進會中國產(chǎn)學研合作創(chuàng)新成果獎 1 項。

節(jié)油輪胎關鍵部件用橡膠納米復合材料

實現(xiàn)高效率有機 / 聚合物太陽電池的新型聚合物材料及器件結構

Realization of High-efficiency Organic/Polymer Solar Cells ThroughNovel Semiconducting Polymers and Device Structures

  有機 / 聚合物太陽電池是一種極具發(fā)展前景的太陽能利用技術，其大規(guī)模應用的關鍵在于大幅提高器件的能量轉換效率。 

  華南理工大學曹鏞教授團隊在國家自然科學基金（批準號：50433030，50990065，51010003，51225301，91333206）的資助下，面向我國在新能源領域的重大需求，在推動本領域的發(fā)展中做出了若干原創(chuàng)性的貢獻。團隊設計和合成了幾類兼具高載流子遷移率、寬吸收光譜、合適能級、可溶液加工等諸多優(yōu)良特性的聚合物光伏材料；研制出新型水 /醇溶性共軛聚合物作為太陽電池電極 / 活性層界面調控層 , 開辟了一種實現(xiàn)器件開路電壓及整體性能大幅提升的新途徑。團隊在國際上率先相繼將單結聚合物太陽電池的能量轉換效率提高到 8%、9% 以上，并在 2015 年公開報道了 10% 以上的效率。相關成果得到國際國內(nèi)同行的高度評價并引起大量的跟進研究，研究團隊也因此成為本研究領域國際領先團隊之一。 

  近五年團隊發(fā)表相關 SCI 論文 116篇，其中 19 篇為 SCI 高被引論文。20篇核心論文被他引達 5000 次。單篇論文最高他引 1800 余次 , 并在 2005 ～ 2015年我國被引次數(shù)最高的 10 篇論文中排名第二，在物理學科高被引論文中排名第一。研究成果獲 2015 年度國家自然科學獎二等獎并入選 2012 年度中國科學十大進展。

研究團隊公開報道國際上首個能量轉化效率達到 9% 的聚合物單結太陽電池的伏安特性圖（NaturePhoton.，2012，6591-6595）

通用高分子材料的無鹵阻燃高性能化

Halogen-free Flame Retardation of Polymeric Materials

  要賦予通用高分子材料阻燃性能，需要在其體系中引入阻燃劑或可產(chǎn)生阻燃作用的結構，但這會導致材料力學性能的惡化，而且一些高效的含鹵阻燃劑因具有毒性或環(huán)境危害而被限用。因此，在通用高分子材料的阻燃中，迫切需要發(fā)展環(huán)境友好的無鹵阻燃體系，解決材料阻燃性能與高性能之間的矛盾。 

  四川大學王玉忠教授在國家自然科學基金（批 準 號：50525309，50933005，51073106，51320105011）的資助下，通過阻燃機理及構效關系研究，提出和發(fā)展了一些新的阻燃原理和技術。例如：提出了液晶高分子材料原位成纖增強阻燃的學術思想，發(fā)明了同時實現(xiàn)阻燃與增強的全新阻燃技術，解決了添加傳統(tǒng)阻燃劑會導致高分子材料力學性能下降的難題；提出了炭源和氣源一體化的膨脹阻燃體系設計思想 , 發(fā)明了含氮超支化成炭劑及其構成的新型膨脹協(xié)同阻燃體系，解決了難炭化高分子材料體系的無鹵阻燃高效化難題；發(fā)現(xiàn)了次膦 / 磷酸鹽取代基影響其阻燃作用的規(guī)律與機制，據(jù)此發(fā)明的復合與雜化協(xié)同阻燃體系用于纖維增強復合材料體系的阻燃，在通過對本體的氣相 / 凝聚相阻燃作用的同時，還會在纖維表面形成凹凸不平炭化層阻止纖維導流作用，從而解決了“燭芯效應”難題。

  相關工作已發(fā)表 SCI 論文 130 余篇，SCI 他 引 2800 余 次，特邀英文綜述 / 專著 6 篇 /章，境外國際會議 Plenary和 Keynote 邀請報告 9 次；獲得授權發(fā)明專利 31 項，并在多家國內(nèi)外企業(yè)實施應用，取得了顯著經(jīng)濟效益。獲 2010 年度國家技術發(fā)明獎二等獎和 2015 年度四川省科技進步獎（技術發(fā)明類）一等獎。

液晶高分子阻燃劑的阻燃增強技術

  全部優(yōu)秀成果：http://www.nsfc.gov.cn/nsfc/cen/yxcg/06/2017-03-31.pdf