近日，華東理工大學(xué)林嘉平教授團(tuán)隊(duì)在高性能環(huán)氧樹脂的設(shè)計(jì)方法上取得了突破，相關(guān)研究成果以“機(jī)器學(xué)習(xí)輔助設(shè)計(jì)高韌性熱固性聚合物”為題發(fā)表在材料化學(xué)領(lǐng)域重要刊物acs appl.mater.interfaces (doi: 10.1021/acsami.2c14290)上。

先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料由于輕質(zhì)高強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，在航天航空等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。相較于高性能碳纖維的發(fā)展，當(dāng)前，基體樹脂的發(fā)展相對滯后，成為了制約復(fù)合材料性能提升的瓶頸。環(huán)氧樹脂作為廣泛使用的高性能復(fù)合材料的基體樹脂，存在脆性大的難題。如何使環(huán)氧樹脂兼具高強(qiáng)度、高模量、高韌性的性質(zhì)，長期困擾著高分子材料的科研人員。傳統(tǒng)的高分子研究范式以經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)試錯為中心，費(fèi)時費(fèi)力，難以應(yīng)對各類性能間相互制約的設(shè)計(jì)難題。

林嘉平教授團(tuán)隊(duì)利用圖卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合分子描述符與分子圖表示方法捕獲環(huán)氧結(jié)構(gòu)的基因特征，基于flory經(jīng)典凝膠理論開發(fā)了可描述聚合物交聯(lián)特性的交聯(lián)密度描述符，建立了環(huán)氧樹脂各類性能的機(jī)器學(xué)習(xí)模型。這種高分子材料的“alphafold”模型，可以高效、快速計(jì)算海量環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)的模量、強(qiáng)度和斷裂伸長率（如下圖）。基于機(jī)器學(xué)習(xí)模型，發(fā)展了材料基因組方法。經(jīng)樹脂基因定義和組合，形成了24萬種候選的環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)。通過機(jī)器學(xué)習(xí)性能預(yù)估模型，對海量虛擬結(jié)構(gòu)進(jìn)行了高通量預(yù)測和篩選，得到了10余種兼具高模、高強(qiáng)、高韌特性的新型環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證表明，在保持高模、高強(qiáng)的同時，新型環(huán)氧樹脂斷裂伸長率可達(dá)6.7%，有效解決了環(huán)氧樹脂的脆性難題。

該工作由華東理工大學(xué)博士生胡雅茜、趙文林在林嘉平教授、王立權(quán)副教授和特種樹脂領(lǐng)域著名專家杜磊教授的指導(dǎo)下完成。此外，團(tuán)隊(duì)近期還發(fā)展了耐高溫易加工含硅芳炔樹脂的機(jī)器學(xué)習(xí)模型，通過高效、快速計(jì)算耐熱性能和加工粘度，成功設(shè)計(jì)獲得了耐熱性優(yōu)異且易于加工的新型含硅芳炔樹脂，其耐高溫性能td5達(dá)689℃、在110℃～152℃加工窗口下粘度低于1 pa?s。

文章網(wǎng)址：https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acsami.2c14290

原文來源:上海科技報(bào)|發(fā)表時間:2023-01-06|作者：陶婷婷?采廖

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