磁制冷作為一種節能環保新穎制冷方法備受人們關注。近些年，許多磁熱效應顯著的分子磁體被相繼報道，但是它們真正應用前仍須解決以下兩個關鍵科學問題：1）低場下的磁熵變值不大；2）它們的熱傳導率較小。本項目圍繞以上兩個關鍵科學問題開展了系列研究，取得以下結果：1），利用“混合配體”策略制備了具有較大磁熵變的3d-4f/4f配合物，并結合低溫脈沖高場磁化強度測試、量子蒙特卡洛建模擬合、高場磁性測試等手段對這些配合物中的磁交換、磁各向異性等微觀磁相互作用與磁熵變之間的關系進行了深入研究，從中發現：a)強磁場中“指紋譜”可以分析稀土簇合物內部由于Gd-O-Gd橋產生的磁交換作用；b)利用磁交換可產生偏置的原理，可構筑出零場無量子隧穿的單分子磁體{Cr8Dy8}；c)引入3d過渡金屬離子和利用幾何自旋阻挫效應，可提升分子基磁制冷劑的性能，并在此基礎上設計合成出目前磁熵變最大的混合金屬磁制冷分子{Ni64Gd96}，以及在1特斯拉下能產生較大磁熵變的{Ni21Gd20}團簇；2），通過質譜、電鏡、凝膠滲透色譜等手段表征了部分團簇的熱穩定性、溶液穩定性，設計構筑了幾例多孔稀土基團簇，進行了客體分子內部穿透性導熱研究，并研究了部分團簇與石墨烯、導熱高分子的復合方式，測定了具有高磁熵變的Gd基堿式氯化鹽的熱導率。在該項目支持下，申請人作為唯一/共同通訊作者共發表SCI論文31篇，其中影響因子大于11的7篇，包括Nat. Commun（2篇），J. Am. Chem. Soc.（1篇），Angew. Chem. Int. Ed.（3篇），Adv. Mater.（1篇），1篇入選ESI高引論文；其他影響因子大于3的22篇，包括Chem. Mater. （1篇）、Green Chem. （1篇）、J. Mater. Chem. C （1篇）、ACS Appl. Mater. Interfaces （1篇）、Chem. Commun. （1篇）、Chem. Eur. J. （4篇）、Inorg. Chem. （2篇）、Inorg. Chem. Front. （4篇）、Dalton Trans. （6篇）、Crystengcomm （1篇）。此外還獲批專利一項、受邀撰寫英文學術專著一章，發表在《Struct & Bonding》上。2017年還獲得日本化學會頒予的“亞洲國際論壇杰出授課獎”。 2100433B

在環境問題凸顯的今天，采用無排放的磁制冷技術可以更好的保護我們的環境。然而，材料性能的缺陷卻導致磁制冷技術無法被廣泛應用。近幾年出現的分子磁體磁熱效應顯著，很有可能在磁制冷材料的研發上產生重大突破。然而，該類材料的真正應用至少還將至少面臨兩個問題：1）低場下的磁熵轉化效率不高；2）分子材料的熱傳導率小。針對問題1），我們提出采用混合金屬、引入自旋阻挫、磁各向異性等手段提高該類材料低場下的磁熵轉化效率；針對問題2），我們提出采用表面傳熱的方法，借用其他導熱性能好的材料，如石墨烯、金屬等，將磁場變化產生的熱迅速帶走，起到快速制冷的效果。對該問題的研究，期望可以從理論上更加深刻認識磁熵變與微觀磁交換、磁各向異性等之間的關系，并找到定向合成高性能分子基磁制冷材料的普適方法。其次，對磁性分子與不同表面的接觸及傳熱性能的探索是一個新穎而又有挑戰的課題，對其他分子材料的應用有十分重要的借鑒意義。

本項目采用微粒與細絲，組成與工藝雙重和多重復合新技術配制了抗壓強度>350MPa，折壓比<1：3的超高性能水泥基復合材料；纖維混雜與微膨脹復合增強的超耐久水泥基復合材料；性能先進的特種SIFCON材料，首次通過靶體試驗揭示了該材料具有優異的遮彈與防護特性。通過宏觀行為與微觀結構的剖析提出了產生高與超高性能的機理。綜合運用概率斷裂力學、愈滲和分形理論，在國內外首次提出反映孔結構及其隨機性的水泥基強度模型。在深層次剖析界面層強化、消失與再強化基礎上，通過力學模型的建立和有限元分析，創造性的提出了定量計算界面效應范圍及其隨機疊加強化的科學方法，發展了界面理論，為加速超高性能低成本水泥基復合材料的發展提供了重要理論依據。 2100433B