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，為構筑性能優越的復合材料提供了直接的技術支撐。構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果，發表論文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），授權專利5項。
創新點及科學價值：
本研究通過“前染修飾”和“后染定位”方法實現了無機相的固態發光，從而實現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系，研究了無機相分散度對其宏觀性能的關鍵影響，為新型高效復合材料的設計提供理論依據。
研究成果通過對無機相的熒光識別染色和成像，實現了對有機-無機復合材料中無機相分散度的三維定性定量分析，該方法彌補了傳統方法在毫微米尺度對材料表征的缺憾，構建了復合材料微觀結構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，能夠對產品分散度進行準確、有效的評價，為產品質量篩選、工藝優化研究等提供科學依據；為構筑新型、高效、多功能有機-無機復合材料提供理論支撐。
社會經濟效益：
該方法不僅能實現對復合材料生產工藝的指導，并且適用于對復合材料成品的現場無損分析，結果準確可靠，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龍頭企業制定企業標準3項，已指導上述企業生產復合材料800余噸，提高了復合材料的加工精度和產品質量。經過一年多的實施，這些企業標準提高了多種水滑石基復合材料的加工精度、產品質量及性能等，實現了復合材料的連續、穩定、高效生產。于2018年獲批中國石油和化學工業聯合會團體標準1項。
應用前景：
有機-無機復合材料種類繁多，工業用量大及產值高，僅中國大陸年用量約250萬噸，年產值約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域應用廣泛。本方法的建立能夠有效實現對復合材料的表征，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，為設計和構筑新型、高性能復合材料提供理論依據。
