瞄準國家戰略需求|6篇SCI論文背后，見證本科生的硬核成長之路
作者：劉宜之 來源：中國地質大學（武漢）工程學院
環氧樹脂（EP）作為高性能熱固性材料的代表，憑借其三維交聯網絡結構，在建筑、電子、汽車及航空航天等領域展現不可替代的應用價值。從摩天大樓的結構粘接、5G芯片的高密度封裝，到新能源汽車輕量化碳纖維部件的成型，乃至航天器耐極端環境組件的制造，EP以超強粘結力（25-50 MPa）、低熱膨脹系數（50-80 ppm/℃）及耐化學腐蝕性，持續推動現代工業技術迭代升級。
然而，EP的易燃性和脆性問題嚴重制約其應用和發展，成為威脅公共安全和產業升級的“隱形炸彈”。其燃燒時釋放的劇烈熱量和有毒氣體對人員逃生和消防救援構成雙重威脅，而其固有脆性則導致在極端應力條件下易發生微裂紋擴展，引發結構失效。這些問題不僅威脅生命財產安全，還對高端制造業的技術突破形成“卡脖子”難題。
為攻克這一難題，中國地質大學（武漢）工程學院本科生科研團隊聚焦安全材料與安全工程領域的研究方向，設計合成多種新型金屬卟啉有機框架衍生物，作為高效阻燃增韌劑添加進環氧樹脂基體，實現環氧樹脂阻燃增韌雙性能提升。這一創新成果為環氧樹脂的改性研究提供了全新思路，也為安全材料領域的技術突破奠定了重要基礎。
突破性進展：阻燃增韌協同創新，助力環氧樹脂性能升級
2023年10月，中國地質大學（武漢）工程學院2021級本科生張佳樂在第十一屆環氧樹脂產業發展論壇上發現，環氧樹脂材料的易燃易脆問題極大限制了其應用與發展。通過調研和文獻查閱，他意識到目前環氧樹脂改性研究中存在一個關鍵難題：如何在提升阻燃性能的同時兼顧增韌效果。
在導師周克清教授的指導下，張佳樂決定以卟啉為框架材料進行改性研究，并組建了金屬卟啉研究團隊。經過一年半的不懈努力，團隊通過上百次的理論討論和數千次的實驗探索，成功設計合成了三種金屬卟啉有機框架衍生物：MTPD-Fe@SiO2、MTPD-Fe@PZS和MTPD-FeMg@PANI納米雜化物。這些材料顯著提升了環氧樹脂的阻燃增韌效果，為環氧樹脂的改性研究提供了全新思路。
創新機制：多元素協同，實現高效阻燃增韌
本研究以金屬卟啉有機框架為研究對象，通過巧妙設計，實現了在其表面原位生長二氧化硅、聚膦腈和聚苯胺等納米粒子，構建了P-N-Fe多元素協同阻燃體系。該體系通過過渡金屬的催化炭化作用、致密炭層的物理屏障作用、含磷自由基的捕獲效應以及不可燃氣體的稀釋作用，實現了在極低添加量（2 wt%）下賦予環氧樹脂復合材料優異的阻燃抑煙性能和增韌性能。
實驗數據顯示，添加2 wt%的改性材料后，環氧樹脂復合材料的熱釋放率峰值降低44.5%，總煙釋放量降低28.1%，CO釋放率峰值降低73.6%。同時，得益于分子間π-π堆疊相互作用形成的物理網絡結構，復合材料的拉伸強度提升34.5%，彎曲模量提升66.1%，斷裂伸長率提升38.4%。這一突破性成果為解決環氧樹脂復合材料的易燃易脆問題提供了全新思路，并為環氧樹脂的進一步應用拓展奠定了堅實基礎。
安全價值：為安全材料與安全工程提供新方向
這一創新成果不僅解決了環氧樹脂材料在安全性能上的“短板”，還為安全材料與安全工程領域的技術突破提供了重要參考。通過提升環氧樹脂的阻燃性和韌性，這項技術顯著降低了材料在極端環境下的安全隱患，為建筑、電子、汽車及航空航天等領域的安全應用提供了有力支持。
團隊成員表示，將繼續深入探索卟啉高分子材料的潛在應用，拓展其在其他功能材料領域的可能性，為我國在高性能材料領域的自主創新能力提升貢獻力量，為社會創造更大的安全價值。
“科研一直在路上。”張佳樂說道。在兩年期間，金屬卟啉研究小組的6位本科生以第一作者身份發表3篇SCI論文，以第二作者發表3篇SCI論文，另有1篇文章正處于審稿階段，其中最高影響因子高達11.2，同時申請國家發明專利5項，主持大學生創新創業訓練項目6項。他們用亮眼的成績，打破了人們對本科生科研能力的固有認知，詮釋了青春與科研的深度碰撞。
發布時間：2025-04-21 閱讀：
校園新聞推薦
- 愛與奉獻：遺體捐獻，點亮生命之光
- 4月2日上午9-11點，湖北醫藥學院在四號樓一樓捐獻文化室舉辦遺體捐獻活動，活動流程涵蓋默哀致敬、嘉賓致辭、工作進展介紹、志愿登記表
- 04-06
- 護齒知識薪火傳，助力兒童綻笑顏
- 2025年3月24日，芽芽護齒口腔志愿服務隊于湖北醫藥學院精勤社區舉辦知識分享會。新成員科普口腔健康知識，涵蓋牙齒結構、蛀牙成因、護
- 03-29
