高性能纖維功能材料具有密度小、比強度高、耐高溫等特性，位列工信部發(fā)布的《重點新材料首批次應用示范指導目錄》“關鍵戰(zhàn)略基礎材料”，廣泛應用于航空航天、軌道交通與國防軍工等領域。近日，輕工學院張美云教授團隊楊斌副教授圍繞先進納米絕緣、結構功能一體化吸波蜂窩、耐高溫電池隔膜、紙基電磁屏蔽和仿生氣凝膠結構材料等方面的研究成果相繼發(fā)表在自然指數期刊Adv. Funct. Mater.等期刊上。
團隊報道了一種原位結構還原策略首次實現了PBO納米纖維水分散液的制備，并進一步通過雙網絡組裝策略制備了具有超強超韌的復合納米絕緣紙，絕緣強度高達128 kV mm-1，遠高于美國杜邦商業(yè)化絕緣紙產品Nomex T410。同時，復合納米絕緣紙在高低溫、強酸堿環(huán)境下仍保持優(yōu)異的穩(wěn)定性，可以抵御1000℃火焰的持續(xù)燃燒，并具有極低的熱釋放速率，表明其在極端環(huán)境下具有廣闊的應用前景。研究成果以“Dual-Network Assembled Nanopaper towards Extremely Harsh Conditions”發(fā)表在《Advanced Functional Materials》上。碩士研究生袁寶龍為本研究的主要完成人，楊斌副教授、張美云教授為通訊作者。
面向極端環(huán)境的雙網絡組裝的納米復合絕緣紙
團隊開發(fā)了一種納米雜化組裝策略制備了可擴展、可回收、無樹脂的結構功能一體化的芳綸蜂窩吸波（MAAH）材料。得益于芳綸納米纖維相互交織形成的一體化超強蜂窩節(jié)點設計以及致密的三維網絡結構，蜂窩的抗壓強度和韌性分別是商用芳綸蜂窩的6倍和25倍。更重要的是，MXene導電網絡與蜂窩的多孔結構以及導電損耗、偶極和界面極化的協同作用使其具有優(yōu)異的吸波性能，在厚度僅為1.9 mm反射損耗最小值可以達到-38.5 dB，幾乎覆蓋了整個X波段。此外，MAAH還具有出色的紅外熱隱身、吸音性能和結構完整性的實時監(jiān)測功能，在航空航天和軍事民用等領域具有廣闊的應用前景。該研究“Functional-Structural Integrated Aramid Nanofiber?based Honeycomb Materials with Ultrahigh Strength and Multi?Functionalities”發(fā)表在《Advanced Fiber Materials》上。博士研究生孫浩為本文第一作者，楊斌副教授、張美云教授為通訊作者。
結構功能一體化的芳綸蜂窩吸波（MAAH）材料
針對不良電磁干擾對高精度電子設備的性能、信息安全和人類健康造成的不利影響，在芳綸紙表面選擇性地單層/雙層涂覆 MXene涂層，制備了一種具有高效電磁屏蔽和優(yōu)異電熱性能的柔性紙基功能材料。在較低的導電填料添加量下（9.0 wt%）電磁屏蔽紙表現出優(yōu)異EMI屏蔽效能，即使在經歷 5000 次反復彎曲循環(huán)后也仍保留了較佳的屏蔽效能。此外，復合紙還具有出色焦耳電加熱能力（在5 V的低驅動電壓下，電熱溫度達到 150 °C）和出色的阻燃性。研究成果以“Mechanically Strong, Flexible, And Flame-Retardant Ti3C2Tx MXene-Coated Aramid Paper with Superior Electromagnetic Interference Shielding and Electrical Heating Performance”發(fā)表在《Chemical Engineering Journal》上。碩士研究生汪浩然為本研究的主要完成人，楊斌副教授、陸趙情教授為通訊作者。
柔性芳綸紙基電熱與電磁屏蔽材料
針對仿生技術以及仿生氣凝膠材料的類型、制備方法，系統(tǒng)綜述了仿生氣凝膠結構特性及其在各領域的最新研究進展，對仿生氣凝膠材料目前面臨的挑戰(zhàn)和未來的發(fā)展趨勢進行了展望，為構筑結構巧妙、性能卓越以及用途廣泛的多功能仿生氣凝膠材料提供了一定的指導作用。該工作以題為“Bioinspired Aerogels: Ingenious Structure, Remarkable Performance, and Versatile Applications”發(fā)表在《Journal of Materials Chemistry A》上。博士研究生孫浩為本文第一作者，楊斌副教授、張美云教授為通訊作者。
具有巧妙結構、性能優(yōu)異和應用廣泛的仿生氣凝膠材料
團隊提出了一種簡單有效的氫鍵抑制策略實現了芳綸納米纖維隔膜的孔隙結構的有效調控，基于多孔結構圖形理論計算工具（Structural GT）分析了芳綸納米纖維隔膜三維網絡結構參數對其孔隙結構與離子電導率的影響機制。制備的芳綸納米纖維隔膜在200℃下具有優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性，在極端條件下展示了極佳的安全性能，組裝的半電池表現出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性和庫侖效率。該研究“Regulating Pore Structure of Aramid Nanofiber (ANF) Separators for Lithium-Sulfur (Li-S) Batteries”發(fā)表在《Materials Today Energy》上。碩士研究生何佳樂為本文第一作者，楊斌副教授、張美云教授為通訊作者。
芳綸納米纖維隔膜孔隙結構調控策略
針對目前商業(yè)化的聚烯烴隔膜存在的熱穩(wěn)定性差、潤濕性低、易被鋰枝晶刺穿等問題，導致鋰電池易發(fā)生熱失控和短路等安全隱患問題，利用芳綸納米纖維和羥基磷灰石納米顆粒作為主要構筑單元，在聚烯烴隔膜表面涂覆三維納米網絡保護層，制備了一種具有高強度、高模量、納米孔隙結構的Janus隔膜（AH@PP）。復合隔膜具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性，保持著較高的鋰離子傳輸效率和電化學表現能力，同時，具有高模量和納米級孔隙結構的涂層能夠有效抵御鋰枝晶的穿刺，在軟包電池中的成功應用也證明了其應用的普適性。該研究“Janus separator with high-temperature resistance and dendrite suppression for advanced Li-ions batteries”發(fā)表在Journal of Power Sources上。碩士研究生龐瑞雪是論文的主要完成人，楊斌副教授、張美云教授為通訊作者。
耐高溫芳綸納米纖維涂覆聚烯烴隔膜
附論文列表：
[1] Bin Yang*, Baolong Yuan, Ping Xu, Meiyun Zhang*, Dual-Network Assembled Nanopaper towards Extremely Harsh Conditions, Adv. Funct. Mater., 2024, 2407763 (SCI 1區(qū)，Top期刊，IF：18.5)
[2] Hao Sun, Bin Yang*, Meiyun Zhang*. Functional-Structural Integrated Aramid Nanofiber?based Honeycomb Materials with Ultrahigh Strength and Multi?Functionalities, Adv. Fiber Mater., 2024, DOI: 10.1007/s42765-024-00411-x. (SCI 1區(qū)，Top期刊，IF：17.2)
[3] Bin Yang*, Haoran Wang, Meiyun Zhang, Fengfeng Jia, Yuanqing Liu, Zhaoqing Lu*. Mechanically Strong, Flexible, And Flame-Retardant Ti3C2Tx MXene-Coated Aramid Paper with Superior Electromagnetic Interference Shielding and Electrical Heating Performance. Chem. Eng. J., 2023, 476, 146834. (SCI 1區(qū)，Top期刊，IF：13.3，ESI Hot paper)
[4] Hao Sun, Bin Yang*, Dexian Ji, Cong Ma, Ruixue Pang, Baolong Yuan, Jiawei Liu, Hui Zhang, Meiyun Zhang*. Bioinspired Aerogels: Ingenious Structure, Remarkable Performance, and Versatile Applications J. Mater. Chem. A, 2024,12, 12358-12380 (SCI 2區(qū)，Top期刊，IF：10.7)
[5] Jiale He, Weiwei Li, Ruixue Pang, Peng Lu, Meiyun Zhang, Ronghua Feng, Bin Yang*, Regulating Pore Structure of Aramid Nanofiber (ANF) Separators for Lithium-Sulfur (Li-S) Batteries, Mater Today Energy, 2024, 101640 (SCI 2區(qū), IF：9.0)
[6] Bin Yang*, Ruixue Pang, Jiale He, Hao Sun, Baolong Yuan, Meiyun Zhang*, Janus Separator with High-Temperature Resistance and Dendrite Suppression for Advanced Li-Ions Batteries, J. Power Sources, 2024, 600, 234259(SCI 2區(qū)，Top期刊，IF：8.1)
原文鏈接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202407763
https://doi.org/10.1007/s42765-024-00411-x
https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.146834
https://doi.org/10.1039/D4TA00851K
https://doi.org/10.1016/j.mtener.2024.101640
https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2024.234259
新聞小貼士：
楊斌，副教授、碩士生導師，香港大學博士后，首批“全國高校黃大年式教師團隊”和陜西省“三秦學者”創(chuàng)新團隊核心骨干成員，主要從事高性能紙基功能材料的基礎研究、技術開發(fā)與產業(yè)化應用工作。先后入選“2023年度全球前2%頂尖科學家榜單”、“中國造紙學會蔡倫青年科技獎”、“陜西省青年科技新星”、“陜西省優(yōu)秀博士后創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才”、“陜西科技大學青年拔尖人才”。作為項目負責人主持國家自然科學基金、國家重點研發(fā)計劃子課題、中國博士后科學基金特別資助與面上項目等10余項。研究成果獲得國家科技進步二等獎1項（排名第4），教育部/陜西省科學技術一等獎4項、陜西省教學成果一等獎1項。近五年在Nat Commun., Adv. Funct. Mater, ACS Nano等期刊發(fā)表論文40余篇，其中自然指數期刊論文、ESI熱點、高被引論文10余篇，被引2600余次。
（核稿：劉國棟 編輯：劉倩）
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