以合成塑料、合成橡胶和合成纤维三大合成材料为代表的高分子材料给人类生活带来了翻天覆地的变化。我国每年需要加工上亿吨的高分子材料。然而，具有自主知识产权的高端高分子材料加工技术仍受制于人。众所周知，发展高分子材料高端加工成型技术的学科基础是高分子非线性流变学。目前传统流变学理论受到了挑战，使国际高分子流变学发展遇到“瓶颈”。恰逢这样一个流变学理论发展的机遇期，突破单链或连续性介质力学框架，建立新的流变学理论势在必行。本重大项目将建立快速大形变和受限条件下缠结高分子流体新模型和新理论，阐明缠结高分子流体结构与宏观性能间的关系，研究典型高分子加工技术中遇到的流变学问题，完善和优化相应的加工条件，精准高效地指导高分子材料加工与设计，取得一系列具有我国自主知识产权的重要科研成果，促进国际上该领域的发展。
一、科学目标
阐明缠结高分子流体非线性流变行为的分子机理，明晰分子链-链相互作用的本质，提出相应的物理模型，建立普适性的缠结高分子流体非线性流变学分子理论；探索复杂高分子流体微结构与其流变性质内在关联的规律，构建相应的微（介）观模型，完善复杂高分子流体的结构流变学理论；借助流变学基本原理，结合上述模型和理论，研究典型高分子加工技术中的流变学问题，完善和优化相应的加工条件，实现高分子流体流变性能的精准高效调控。
二、研究内容
针对缠结高分子流体，在系统的实验研究和计算机模拟研究基础上，深入理解快速大形变条件下高分子链构象和缠结演化动力学，明晰非线性流变行为的分子机理，尝试建立缠结高分子流体的分子流变学新模型或新理论；结合复杂高分子流体微结构与流变性质的内在关联，尝试将缠结高分子流体分子流变学的新模型或新理论拓展到高分子多相多组分体系和高分子纳米复合体系，构建相应的介观模型或唯象理论；围绕纳米注塑成型技术，揭示半封闭纳米孔道导致的空间受限特异性，阐明缠结高分子流体链构象与链缠结的调控规律，实现不同界面间的超强粘接。主要开展以下五方面内容的研究：
（一）缠结高分子流体流变学的新模型与新理论。
遴选或设计缠结高分子流体的分子模型体系，基于第一性原理，建立缠结高分子流体非线性流变学新模型或新理论，借助计算机模拟与数值计算，在验证经典流变学理论物理图像的同时，证实新模型或新理论的可靠性和有效性。
（二）缠结高分子流体的分子动力学模拟与实验验证。
通过计算机模拟，揭示快速大形变条件下，高分子链结构和缠结结构的演化规律，阐明宏观流动、弹性恢复、壁滑滞后等典型非线性流变现象的分子机理，明晰分子链的松弛规律；设计分子水平上的流变学实验验证计算机模拟的结果。
（三）高分子多相多组分体系的复杂流变行为。
揭示高分子多相多组分体系的相形态、相尺寸、界面厚度、界面上分子链取向和链尺寸与多相多组分流体线性和非线性流变性能间的关联，明确强流场下界面屈服的分子机理，完善多相多组分体系的结构流变学理论，实现高性能高分子多相多组分材料的优化与设计。
（四）高分子纳米复合体系的复杂流变行为。
阐明影响纳米粒子分散与相分离行为的关键因素，建立高分子纳米复合体系中多尺度动力学行为与粘弹性的关系；分析快速大形变条件下高分子纳米复合流体的结构与流变性质之间的关系，完善高分子纳米复合材料的结构流变学理论。
（五）受限态高分子非线性流变学行为的分子机理。
研究受限与自由空间中高分子链构象和缠结度的差异性，从分子水平上阐明受限空间尺寸、高分子种类与拓扑结构、制样方法等因素对受限态高分子流变行为的影响，在分子水平上实现对缠结高分子流体结构和动力学行为的调控，进而实现高分子复合物或复合界面的高性能化。
三、申请注意事项
（一）申请书的附注说明选择“高分子非线性流变行为的分子机理与性能调控”（以上选择不准确或未选择的项目申请不予受理）。
（二）申请人申请的直接费用预算不得超过1700万元/项（含1700万元/项）。
（三）本项目由化学科学部负责受理。
来源：国家自然基金委
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