高性能纤维功能材料具有密度小、比强度高、耐高温等特性，位列工信部发布的《重点新材料首批次应用示范指导目录》“关键战略基础材料”，广泛应用于航空航天、轨道交通与国防军工等领域。近日，轻工学院张美云教授团队杨斌副教授围绕先进纳米绝缘、结构功能一体化吸波蜂窝、耐高温电池隔膜、纸基电磁屏蔽和仿生气凝胶结构材料等方面的研究成果相继发表在自然指数期刊Adv. Funct. Mater.等期刊上。
团队报道了一种原位结构还原策略首次实现了PBO纳米纤维水分散液的制备，并进一步通过双网络组装策略制备了具有超强超韧的复合纳米绝缘纸，绝缘强度高达128 kV mm-1，远高于美国杜邦商业化绝缘纸产品Nomex T410。同时，复合纳米绝缘纸在高低温、强酸碱环境下仍保持优异的稳定性，可以抵御1000℃火焰的持续燃烧，并具有极低的热释放速率，表明其在极端环境下具有广阔的应用前景。研究成果以“Dual-Network Assembled Nanopaper towards Extremely Harsh Conditions”发表在《Advanced Functional Materials》上。硕士研究生袁宝龙为本研究的主要完成人，杨斌副教授、张美云教授为通讯作者。
面向极端环境的双网络组装的纳米复合绝缘纸
团队开发了一种纳米杂化组装策略制备了可扩展、可回收、无树脂的结构功能一体化的芳纶蜂窝吸波（MAAH）材料。得益于芳纶纳米纤维相互交织形成的一体化超强蜂窝节点设计以及致密的三维网络结构，蜂窝的抗压强度和韧性分别是商用芳纶蜂窝的6倍和25倍。更重要的是，MXene导电网络与蜂窝的多孔结构以及导电损耗、偶极和界面极化的协同作用使其具有优异的吸波性能，在厚度仅为1.9 mm反射损耗最小值可以达到-38.5 dB，几乎覆盖了整个X波段。此外，MAAH还具有出色的红外热隐身、吸音性能和结构完整性的实时监测功能，在航空航天和军事民用等领域具有广阔的应用前景。该研究“Functional-Structural Integrated Aramid Nanofiber‑based Honeycomb Materials with Ultrahigh Strength and Multi‑Functionalities”发表在《Advanced Fiber Materials》上。博士研究生孙浩为本文第一作者，杨斌副教授、张美云教授为通讯作者。
结构功能一体化的芳纶蜂窝吸波（MAAH）材料
针对不良电磁干扰对高精度电子设备的性能、信息安全和人类健康造成的不利影响，在芳纶纸表面选择性地单层/双层涂覆 MXene涂层，制备了一种具有高效电磁屏蔽和优异电热性能的柔性纸基功能材料。在较低的导电填料添加量下（9.0 wt%）电磁屏蔽纸表现出优异EMI屏蔽效能，即使在经历 5000 次反复弯曲循环后也仍保留了较佳的屏蔽效能。此外，复合纸还具有出色焦耳电加热能力（在5 V的低驱动电压下，电热温度达到 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”发表在《Chemical Engineering Journal》上。硕士研究生汪浩然为本研究的主要完成人，杨斌副教授、陆赵情教授为通讯作者。
柔性芳纶纸基电热与电磁屏蔽材料
针对仿生技术以及仿生气凝胶材料的类型、制备方法，系统综述了仿生气凝胶结构特性及其在各领域的最新研究进展，对仿生气凝胶材料目前面临的挑战和未来的发展趋势进行了展望，为构筑结构巧妙、性能卓越以及用途广泛的多功能仿生气凝胶材料提供了一定的指导作用。该工作以题为“Bioinspired Aerogels: Ingenious Structure, Remarkable Performance, and Versatile Applications”发表在《Journal of Materials Chemistry A》上。博士研究生孙浩为本文第一作者，杨斌副教授、张美云教授为通讯作者。
具有巧妙结构、性能优异和应用广泛的仿生气凝胶材料
团队提出了一种简单有效的氢键抑制策略实现了芳纶纳米纤维隔膜的孔隙结构的有效调控，基于多孔结构图形理论计算工具（Structural GT）分析了芳纶纳米纤维隔膜三维网络结构参数对其孔隙结构与离子电导率的影响机制。制备的芳纶纳米纤维隔膜在200℃下具有优异的尺寸稳定性，在极端条件下展示了极佳的安全性能，组装的半电池表现出优异的循环稳定性和库仑效率。该研究“Regulating Pore Structure of Aramid Nanofiber (ANF) Separators for Lithium-Sulfur (Li-S) Batteries”发表在《Materials Today Energy》上。硕士研究生何佳乐为本文第一作者，杨斌副教授、张美云教授为通讯作者。
芳纶纳米纤维隔膜孔隙结构调控策略
针对目前商业化的聚烯烃隔膜存在的热稳定性差、润湿性低、易被锂枝晶刺穿等问题，导致锂电池易发生热失控和短路等安全隐患问题，利用芳纶纳米纤维和羟基磷灰石纳米颗粒作为主要构筑单元，在聚烯烃隔膜表面涂覆三维纳米网络保护层，制备了一种具有高强度、高模量、纳米孔隙结构的Janus隔膜（AH@PP）。复合隔膜具有优异的热稳定性，保持着较高的锂离子传输效率和电化学表现能力，同时，具有高模量和纳米级孔隙结构的涂层能够有效抵御锂枝晶的穿刺，在软包电池中的成功应用也证明了其应用的普适性。该研究“Janus separator with high-temperature resistance and dendrite suppression for advanced Li-ions batteries”发表在Journal of Power Sources上。硕士研究生庞瑞雪是论文的主要完成人，杨斌副教授、张美云教授为通讯作者。
耐高温芳纶纳米纤维涂覆聚烯烃隔膜
附论文列表：
[1] Bin Yang*, Baolong Yuan, Ping Xu, Meiyun Zhang*, Dual-Network Assembled Nanopaper towards Extremely Harsh Conditions, Adv. Funct. Mater., 2024, 2407763 (SCI 1区，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区，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区，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区，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区, 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区，Top期刊，IF：8.1)
原文链接：
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
新闻小贴士：
杨斌，副教授、硕士生导师，香港大学博士后，首批“全国高校黄大年式教师团队”和陕西省“三秦学者”创新团队核心骨干成员，主要从事高性能纸基功能材料的基础研究、技术开发与产业化应用工作。先后入选“2023年度全球前2%顶尖科学家榜单”、“中国造纸学会蔡伦青年科技奖”、“陕西省青年科技新星”、“陕西省优秀博士后创新创业人才”、“7026威尼斯官网青年拔尖人才”。作为项目负责人主持国家自然科学基金、国家重点研发计划子课题、中国博士后科学基金特别资助与面上项目等10余项。研究成果获得国家科技进步二等奖1项（排名第4），教育部/陕西省科学技术一等奖4项、陕西省教学成果一等奖1项。近五年在Nat Commun., Adv. Funct. Mater, ACS Nano等期刊发表论文40余篇，其中自然指数期刊论文、ESI热点、高被引论文10余篇，被引2600余次。
（核稿：刘国栋 编辑：刘倩）
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