郑强-国家基金

申请国家基金的构思与技巧郑州大学(2008年1月16日)浙江大学郑强[e-mail]概要一、项目申请的一般技巧三、重点项目申请的案例展示二、面上项目申请的案例展示四、学科发展报告的案例展示一、项目申请的一般技巧1.基本原则“自然科学基金”科学性原则侧重基础研究区别于863和科技攻关项目解决科学问题1.基本原则导向性原则面向国家和社会发展需求服务国家科技进步和发展1.基本原则注重学术创新前瞻性原则强调原始积累鼓励科学探索1.基本原则科学允许失败宽容性原则探索允许失败2.申请要领思想的创新方法的创新内容的创新1）突出创新点2.申请要领2）体现特色研究内容的特色研究思想的特色研究手段的特色做什么怎么做为何做2.申请要领了解政策导向3）把握申请指南贴近申请指南2.申请要领4）研究计划与范围适当切忌求大求全避免空洞虚话突出亮点重心3.注意事项1）避免无谓的失误笔误病句超项3.注意事项2）立项依据简洁明了介绍背景引出问题提出思路展示“科普”强调“科学”体现“水平“3.注意事项3）研究内容有的放矢轻重有别避免研究内容过多过繁避免研究内容主次混淆3.注意事项4）研究方案与进度松弛有度脚踏实地3.注意事项5）拟解决的关键问题区别关键问题与一般问题区别科学问题与技术问题创新点——突出“亮点”3.注意事项6）特色与创新点突出“绝招”特色——避免面面俱到避免盲目拔高3.注意事项7）研究基础与条件避免将已有工作与申请内容冲突矛盾避免将已有工作与申请内容生拉硬套二、面上项目申请的案例展示案例分析11999年申请的国家自然科学基金（面上）组合场下高分子共混材料非平衡态结构演化与性能稳定化立项依据与研究内容主题说明：为什么研究非平衡态结构演化与性能稳定性的关系？多自由度、非平衡，是高分子材料凝聚态的显著特征。非平衡态结构的形成与结构的形式决定性能，而结构的演化及非平衡-平衡态转化决定材料性能的稳定性，并对其制品的品质优劣以及使用价值产生重大的影响。为什么研究在组合外场下的非平衡结构演化与性能稳定性的关系？与单一外场作用相比较，组合外场的协同场效应加速高分子材料结构驰豫过程，即有利于非平衡态结构及性能的稳定。而且。组合外场更接近于高分子材料在储存和使用过程的实际外部环境。高分子材料的最终性能不仅与高分子的化学组成、结构有关，在很大程度上还取决于制备以及成型加工过程中其形态结构的形成与变化。按通常的加工制备方式，高分子材料经历从熔融态或高弹态到玻璃态的快速冷却（Quench）过程，其在高温时形成的分子链结构和分子间的凝聚态结构被冻结，体系的结构处于热力学非平衡态，其凝聚态结构是不稳定的。也就是说，按现在通常的加工制备方法得到的几乎所有的高分子材料的结构均为非平衡态结构。在使用（或储存）温度条件下，其非平衡态结构将逐渐向平衡态结构转变，不仅导致体系密度、熵和焓发生变化，而且使材料的品质和外观发生变化，导致制品的使用性能不稳定。凝聚态结构与性能的稳定性是高分子材料具有使用价值的重要前提，对高分子材料的品质及实际应用影响巨大。可以说，凝聚态结构与性能稳定性理论和应用基础研究的缺乏，已严重制约我国高分子材料性能的提高以及材料制品在应用领域的进一步拓展。开展相关研究的重要性和迫切性已引起广泛关注。近年来，随着大量高分子共混材料的不断涌现，人们发现此类材料的许多宏观品质的变化过程均与非平衡态结构的演化有关。与单组分的相比，多组分高分子材料的非平衡态结构与性能的稳定性问题更为突出。如：悬浮、乳化体系的分层；含添加剂体系中添加剂的迁移；粒子填充体系中粒子的团聚；功能（导电、导磁、湿敏、光导、发光）材料的功能响应随使用时间（次数）和环境条件而改变。虽然人们对相容性、相分离与多组分体系凝聚态结构及其稳定性的关系予以了足够的重视，但易被忽视的是，无论是均相（单组分或相容性多组分）的，还是处于均相或相分离区域的具有临界行为（LCST或UCST型）的高分子，均存在非平衡态结构的演化问题。虽然稳定的性能要求凝聚态结构具有一定程度的稳定性，但呈现最佳性能的凝聚态结构往往并非对应最稳定的状态。换言之，具有最稳定的凝聚态（最终平衡态）结构的并非能够呈现出最佳性能，而往往呈现出最劣化的性能。具有一定稳定性的处于中间平衡状态（中间过渡态）的结构与性能优化的对应关系、中间过渡态转变的热力学与动力学诱因以及过渡态转变过程等，给高分子材料科学家提出了亟待解决的、富有挑战的课题。毫无疑问，最佳性能的稳定化是人们所追求的目标。从古至今，从陶瓷砖瓦制作到钢铁生产，直至高分子材料成型加工，热处理（Thermal-treatment，Annealing）方法，被认为是消除材料内应力、内部缺陷的有效手段，被最广泛地应用于提高材料性能的稳定性。其实质是改变材料分子的堆砌（Packing）状态，加速材料各种尺度的结构的驰豫过程。高分子材料凝聚态结构的不稳定性源于其独特的长链结构。常温下处于固态的高分子链段运动极为困难，凝聚态结构从非平衡态向平衡态转变是一缓慢的驰豫过程。近年来的最新研究发现，高分子材料凝聚态结构的形成与变化不仅与温度场有关，还强烈地受到其它外场作用的影响。KellerA.和StephenZ.D.Cheng等在提出的亚稳态概念中指出了如何实现中间过渡态的转变的重要性。钱人元和杨玉良等分别研究了温度和剪切力场对凝聚态结构的影响，瞿金平等研究了温度和声波力场组成的二元场对高分子流体形态的影响。目前国内外所采用的外场仅限于温度场或其与其它场组成的二元场，研究模型主要为单组分高分子，关注的是其凝聚态结构的形成与变化，即所谓的时空图样（Spatial-temporalpattern），强调的是形态的方式，很少涉及结构稳定性问题，也未将非平衡态结构演化与材料性能稳定性关联起来。申请者在研究一类具有LCST行为的PMMA/α-MSAN共混体系时，发现无论是均相（单组分或相容性多组分）的，还是处于均相或相分离区域的不同组成的共混物，均存在非平衡态结构演化现象，得到了使PMMA与α-MSAN和均相共混物达到稳定结构以及非均相共混物达到完全相分离的温度场条件，并指出了研究非平衡态结构演化与结构稳定性的重要意义。申请者认为，（1）由于组分种类与组成比例的多样性和形态结构的复杂性，高分子共混材料不同的运动单元对外界刺激的响应具有选择性。与单一外场相比，多种外场（温度场、电磁场、超声振动场等）的组合有望产生协同场效应，可有效加速高分子材料结构驰豫过程，即有利于材料结构与性能达到稳定。而且，组合外场更接近于高分子材料储存和使用过程中的实际外部环境，对高分子，尤其是高分子共混材料非平衡态结构与性能产生更为显著的作用，有助于从本质上揭示其非平衡态与性能的关系；（2）以高分子共混材料为研究的模型体系，使得非平衡态结构的形成、演化与相分离过程及相形态关联，将极大地丰富高分子凝聚态物理及相关学科领域的研究内容；（3）从技术上讲，组合外场条件可以实现，使得本项目研究结果易于直接用于高分子材料的制备与成型加工过程。综上所述，本申请开展组合外场作用下高分子共混材料非平衡态结构演化及结构稳定性与性能稳定性的相互关系的研究，主要内容包括高分子材料非平衡态结构、相容性、相分离动力学、中间过渡态及稳定性表征方法与技术、结构与性能对应关系等内容。本项目研究，有助于探明组合外场作用下高分子共混材料非平衡态结构形成与演化，可能导致新的物理现象的发现和新概念的建立，其研究内容包括深入探讨有关多相/多组分高分子材料许多未知问题，建立并完善高分子材料凝聚态结构与性能关系新的表征与研究方法，涉及了当今高分子、凝聚态物理学科的前沿课题，具有重要的理论意义。同时，通过对高分子材料非平衡态结构及稳定性调控，实现其最佳性能的稳定化，具有重大的实用价值。主要参考文献：deGennesP.G.AngewChem.Int.Ed.Engl.,1992,31:842KellerA.MacromolSymp.,1995,98:1QianR.,ShenD.etalMacromocl.Chem.Phys.,1996,197:1485QiuF.,YangY.etalJ.Chem.Phys.,1998,108:9529ZhengQ.(郑强),ArakiO.etalChineseJ.Mater.Res.(材料研究学报),1998,3:257案例分析22003年申请的国家自然科学基金（面上）LCST型高分子共混体系非线性相分离行为的研究立项依据与研究内容提出本项目申请的缘由：申请者在执行国家自然科学基金项目“多相/多组分聚合物熔体动态粘弹性及时温叠加可适性（No.59673020,1997~1999）”和“组合场下高分子共混体系非平衡态结构演化与性能优化（No.59973018,2000~2002）”中，首次发现了一个高分子共混体系相分离的Spinodal温度接近于甚至低于其玻璃化转变温度(Tg)的新现象；首次提出了用一个类WLF方程获得“真实”Spinodal温度的新方法。上述新现象的发现和新方法的提出，引起了广泛关注，获得了国内外同行的认可（Macromolecules2001,34,8483~8489和ChineseJ.Polym.Sci.2000,18(6),565~568）。在与国内外的学术交流中，同行专家都认为上述结果新奇，值得好好研究。本项目的申请，有利于对上述新现象的本质的深刻揭示。深入研究有可能对传统的高分子凝聚态物理及其相分离的概念和方法提出挑战，有可能导致新的高分子凝聚态物理及其相分离理论和方法的产生。0.00.20.40.60.81.01.21.41.61.82.0130140150160170180190200PMMA/SAN=60/40wtTcd/oCr/oCmin-10.000.020.040.060.080.101451501551601651701751.项目的立项依据高分子材料多为共混/复合的多相体系，其性能取决于共混物的形态与结构。鉴于形态结构对性能的决定性影响，高分子共混体系的相行为一直为人们所关注。具有非线性相行为（如具有最低临界溶解温度LCST或最高临界溶解温度UCST）的高分子共混体系，涉及了高分子材料凝聚态物理学的一些基本科学问题，引起人们极大兴趣。申请者及其所领导的团队系统地开展了由链段“排斥效应（Repulsioneffect）”导致聚合物相容的聚甲基丙烯酸甲酯/聚（苯乙烯-丙烯腈）共混体系(PMMA)/(SAN)的特征流变响应与相分离关系的研究[1]。作为一位流变学研究者，申请者特别关注相分离对观察时间(速率)的依赖性。我们发现，即使在比通常采用的1.0~100C低得多的升温速率下，PMMA/SAN共混体系的浊点(CloudPoint)也不能由升温速率外推得到(见图1)；由光散射方法测得得表观扩散系数(Dapp)与温度(T)关系不是严格线性，不能外推而获得Spinodal温度(见图2)。图1.PMMA/SAN共混体系浊点(CloudPoint)对其测定时的升温速率的依赖性1641681721760246810Dapp(10-13cm2/s)Temperature/oC165170175180185190020406080120100Tg/oC(PS/PMsC)Dapp(10-13cm2/s)Temperature/oC1401601802002200.02.0x10-54.0x10-56.0x10-5Dapp/mm2.sec-1Temperature/oC图2.PMMA/SAN共混体系表观扩散系数Dapp与温度关系正是由于这一发现，我们借用其他研究者的结果[2]进行比较分析。发现，就他们研究的体系而言，如通过Dapp~T作简单外推，特别是如果对较高温度的数据进行三点外推来获得Spinodal温度，存在严重问题(见图3)。上述现象清楚地表明，这类体系的相分离过程是一个非线性过程。从流变学角度看，这正是体现了体系的粘弹性——即体系的行为强烈地依赖于外界激励(外界观察)的时间和速率的本质特征。我们最新