高性能纖維功能材料具有密度小、比強(qiáng)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(yīng)用示范指導(dǎo)目錄》“關(guān)鍵戰(zhàn)略基礎(chǔ)材料”，廣泛應(yīng)用于航空航天、軌道交通與國防軍工等領(lǐng)域。近日，輕工學(xué)院張美云教授團(tuán)隊楊斌副教授圍繞先進(jìn)納米絕緣、結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)材料等方面的研究成果相繼發(fā)表在自然指數(shù)期刊Adv. Funct. Mater.等期刊上。
團(tuán)隊報道了一種原位結(jié)構(gòu)還原策略首次實現(xiàn)了PBO納米纖維水分散液的制備，并進(jìn)一步通過雙網(wǎng)絡(luò)組裝策略制備了具有超強(qiáng)超韌的復(fù)合納米絕緣紙，絕緣強(qiáng)度高達(dá)128 kV mm-1，遠(yuǎn)高于美國杜邦商業(yè)化絕緣紙產(chǎn)品Nomex T410。同時，復(fù)合納米絕緣紙在高低溫、強(qiáng)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(yīng)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(wǎng)絡(luò)組裝的納米復(fù)合絕緣紙
團(tuán)隊開發(fā)了一種納米雜化組裝策略制備了可擴(kuò)展、可回收、無樹脂的結(jié)構(gòu)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(qiáng)蜂窩節(jié)點設(shè)計以及致密的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，蜂窩的抗壓強(qiáng)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(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)與蜂窩的多孔結(jié)構(gòu)以及導(dǎo)電損耗、偶極和界面極化的協(xié)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(dá)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(jié)構(gòu)完整性的實時監(jiān)測功能，在航空航天和軍事民用等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)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(jié)構(gòu)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(shè)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(dǎo)電填料添加量下（9.0 wt%）電磁屏蔽紙表現(xiàn)出優(yōu)異EMI屏蔽效能，即使在經(jīng)歷 5000 次反復(fù)彎曲循環(huán)后也仍保留了較佳的屏蔽效能。此外，復(fù)合紙還具有出色焦耳電加熱能力（在5 V的低驅(qū)動電壓下，電熱溫度達(dá)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(shù)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(jié)構(gòu)特性及其在各領(lǐng)域的最新研究進(jìn)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(jìn)行了展望，為構(gòu)筑結(jié)構(gòu)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(dǎo)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(jié)構(gòu)、性能優(yōu)異和應(yīng)用廣泛的仿生氣凝膠材料
團(tuán)隊提出了一種簡單有效的氫鍵抑制策略實現(xiàn)了芳綸納米纖維隔膜的孔隙結(jié)構(gòu)的有效調(diào)控，基于多孔結(jié)構(gòu)圖形理論計算工具（Structural GT）分析了芳綸納米纖維隔膜三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)參數(shù)對其孔隙結(jié)構(gòu)與離子電導(dǎo)率的影響機(jī)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(xiàn)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(jié)構(gòu)調(diào)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(dǎo)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(gòu)筑單元，在聚烯烴隔膜表面涂覆三維納米網(wǎng)絡(luò)保護(hù)層，制備了一種具有高強(qiáng)度、高模量、納米孔隙結(jié)構(gòu)的Janus隔膜（AH@PP）。復(fù)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(xué)表現(xiàn)能力，同時，具有高模量和納米級孔隙結(jié)構(gòu)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(yīng)用也證明了其應(yīng)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(dǎo)師，香港大學(xué)博士后，首批“全國高校黃大年式教師團(tuán)隊”和陜西省“三秦學(xué)者”創(chuàng)新團(tuán)隊核心骨干成員，主要從事高性能紙基功能材料的基礎(chǔ)研究、技術(shù)開發(fā)與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用工作。先后入選“2023年度全球前2%頂尖科學(xué)家榜單”、“中國造紙學(xué)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(xué)青年拔尖人才”。作為項目負(fù)責(zé)人主持國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃子課題、中國博士后科學(xué)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(jìn)步二等獎1項（排名第4），教育部/陜西省科學(xué)技術(shù)一等獎4項、陜西省教學(xué)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(shù)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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