2016年度教育部推荐项目公示材料（自然奖）.doc

2016年教育部推荐项目公示材料（自然奖） 1、项目名称：建筑储热保温、环境调控复合材料与结构的设计及其机理研究 2、推荐奖种：自然奖 3、推荐单位:东南大学 4、项目简介: 对高效保温节能、储热控温、调湿等复合材料等开展系统的研究是实现降低建筑能耗、调控建筑物内环境的关键，已引起国内外学者的高度关注。目前该领域的研究存在亟需解决的如下科学问题：1)缺乏复合材料的结构调控与改性机理,未能从复合材料的微观结构出发阐明复合材料的改性机理； 2)对复合材料中的湿热传递与气体迁移过程仍不清楚，阻碍了复合材料新结构的构建、设计与制备。本成果在国家科技支撑项目、国家自然科学基金，国际科技合作项目等项目的支持下，采用纳米技术，利用多元纳米复合方法与理论，开展具有高效节能、储热控温、环境调控等功能的复合材料的创新设计、制备研究与机理分析，并对复合材料中的湿热传递与气体迁移过程建立理论模型，进行模拟，为实现建筑节能、调控建筑物内环境提供系统的复合材料创新设计依据。本成果的重要科学发现如下： 1. 新型复合相变储热材料的设计与改性机理、传热机理：从复合材料的微观尺度出发，利用纳米材料的表面效应、量子尺寸效应，进行有机-无机的多元复合与微结构调控与创新设计，改善复合相变储热材料的储热控温性能。利用碳材料通过插层组装的纳米结构构建、改善导热性能，建立了复合相变储热材料微结构与性能的关系，阐明改性机理，实现对纳米复合相变材料结构的有效控制。基于分形理论建立了双温度模型并对相变过程进行数值模拟，揭示了固液相变传热机理。本成果突破传统的复合材料宏观制备的方法，为开拓复合相变材料制备的新方法提供理论指导，为多孔材料内部相变过程分析提供新的思路与方法。 2. 新型复合保温结构材料的设计与改性机理、传热机理：从微纳观尺度孔隙分布出发，设计超轻高性能加气混凝土，实现结构自保温。揭示纳米材料、纤维等对加气混凝土材料的保温、增强作用机理。创新性地提出 “二步法”，设计出强度高、超保温、耐火性能好的新型高性能加气混凝土。突破性地利用仿生技术，仿甲虫前翅微结构，首次提出完全一体化蜂窝板的概念与三维模型，并设计出完全一体化的有柱蜂窝轻质保温结构材料。利用玄武岩纤维增强木塑，获得了保温性能得到改善的新型木塑材料，首次提出玄武岩纤维和木塑之间的两类界面模式。阐明了新型复合保温结构的设计与改性机理。为发展新型保温复合材料与结构体系提供理论依据。 3. 建筑物室内湿度、有机物控制关键技术：建立了微孔隙调湿、建筑材料热湿耦合迁移过程的数学模型。模型基于分形理论并结合试验创新性地研究了孔隙尺度、表面结构等对热湿耦合迁移参数的影响，并对复合湿度控制材料应用于建筑内墙的调湿过程进行了模拟研究。解决了传统宏观模型中孔隙尺度与孔隙结构对湿度无法调控的问题。实现了高效复合调湿材料的技术创新。建立了多孔建筑材料中有机挥发物吸附与扩散的分形网络通道模型。运用模型获得室内环境条件对有机挥发物迁移参数的影响规律以及建筑材料中孔隙结构与形态特征对有机挥发物吸附与扩散的影响规律。为建筑物室内湿度、有机物控制关键提供理论指导与技术支持。 5、主要完成人情况表 姓名：李敏 排名：1 技术职称：教授 工作单位：东南大学 对本项目技术创造性贡献：从复合材料的微观尺度出发，进行有机-无机的多元复合与微结构调控与创新设计。利用碳材料通过插层组装的纳米结构构建、改善导热性能，建立了复合相变储热材料微结构与性能的关系，阐明改性机理与传热机理。从微纳观尺度孔隙分布出发，创新性设计超轻高性能加气混凝土，实现结构自保温。揭示纳米材料、纤维等对加气混凝土材料力学性能的保温增强作用机理。在本项目研究过程中投入的工作了占本人工作总量的80%以上。 曾获国家科技奖励情况： 姓名：吴智深 排名：2 技术职称：教授 工作单位：东南大学 对本项目技术创造性贡献：参与实现了新型复合相变储热材料的设计与改性机理、传热机理的研究，创新性地提出 “两步法”，设计出强度高、超保温、耐火性能好的新型高性能加气混凝土，揭示纳米材料、纤维等对加气混凝土材料力学性能的保温增强作用机理。对重要科学发现一、二、三均有重要贡献。在本项目研究过程中投入的工作了占本人工作总量的70%。 曾获国家科技奖励情况：2012年，纤维增强复合材料的高性能及结构性能提升关键技术与应用，排名1，国家科技进步二等奖； 2011年，纤维增强复合材料（FRP）的高性能及增强结构关键技术，排名1，教育部科学技术进步奖一等奖； 2014年，高性能长寿命光纤传感技术及其结构健康监测理论和系统创新，排名1，江苏省科学技术奖一等奖。 姓名：陈振乾 排名：3 技术职称：教授 工作单位：东南大学 对本项目技术创造性贡献：基于分形理论建立了双温度模型并对相变过程进行数值模拟，揭示了固液相变传热机理。建