导语
本期内容,易丝帮精选了东华大学丁彬教授、东华大学斯阳教授、新加坡国立大学Loh Kian Ping院士、安徽农业大学叶冬冬教授团队在《Advanced Materials》发表的4篇顶刊论文。主要介绍高性能纤维材料在声学膜、发光气凝胶、锌金属电池隔膜、柔性可穿戴等方面的研究进展,供大家了解参考。
1、东华大学丁彬教授、田昱城博士:环保型CVT纳米线网络声学膜


➣挑战:环境中的水和灰尘对人机交互(HMI)电子设备构成严重威胁,需要可靠的纤维声学膜保护。然而,大多数现有的声学膜在严重依赖有毒溶剂和含氟聚合物的同时,长期面临“防水-透声”性能平衡难题。
➣方法:东华大学丁彬教授、田昱城博士团队受计算机科学中的质心泰森多边形分形方法启发,开发了一种独特的绿色电纳米图案化技术,制备了环保型CVT纳米线网络声学膜。
➣创新点1:利用绿色三元亚稳溶液体系,利用泰勒锥喷射液滴中的非溶剂种子诱导的快速相分离,可以组装具有深亚波长纳米线(直径为15 nm)的二维CVT纳米结构网络。
➣创新点2:这种膜的纳米级孔径为~ 190 nm,具有超疏水性和7.6 × 106 Pa sm−2的低气流电阻率,具有高效的水阻(110 kPa)和宽带声透明度,在63-20 000 Hz范围内声音传输损失可忽略(<0.35 dB)。
➣创新点3:在基于语音的人工智能电子产品中,该声学膜提供高保真的语音传输;还实现了 IP68 级防尘防水,且该防护性能可稳定维持超 1000 小时。
https://doi.org/10.1002/adma.202520277
2、东华大学斯阳教授:柔性钙钛矿发光纳米纤维元气凝胶,实现600 K下稳定发光


➣挑战:耐高温柔性发光材料可在极端温度下实现信息传输、安全监测与运行稳定,在冶金、石油化工、消防等严苛应用场景中具备巨大的应用潜力。然而,研发能在高温环境下兼具多色发射、高色纯度与力学柔性的发光材料,仍是一项极具吸引力但难度颇高的挑战。
➣方法:东华大学斯阳教授团队,受色彩鲜艳蝴蝶翅膀中保护色素多级结构启发,提出一种多尺度自限域策略,制备出具有仿生热防护层的柔性钙钛矿发光纳米纤维元气凝胶。
➣创新点1:得益于多维封装结构保护钙钛矿免受外部环境扰动,通过定向限域作用抑制离子迁移和颗粒团聚,仿生柔性元气凝胶可实现高达600 K的稳定发光。
➣创新点2:所制备的元气凝胶表现出从蓝色到红色的可调发射和窄带发射(最大半宽< 45 nm)。此外,该材料在500次压缩循环后表现出优异的恢复性能和温度不变的超弹性。
https://doi.org/10.1002/adma.202523117
3、新加坡国立大学Loh Kian Ping院士&西北工业大学谢科予教授:利用COF重新定义高能量锌电池隔膜设计和水活性


➣挑战:锌金属电池安全、环保,但器件级能量密度偏低是关键瓶颈。过往研究聚焦阳极枝晶抑制,忽视隔膜、电解液等惰性组件占比过高的核心问题,传统放大策略加剧电解液消耗,性能报告指标掩盖真实表现,且高能量密度所需的贫电解液工况还面临水管理相关未解决挑战,亟需整体设计创新。
➣方法:新加坡国立大学Loh Kian Ping院士与西北工业大学谢科予教授合作,通过系统揭示贫电解液条件下锌金属电池的失效机制,开创性地开发出一种优化水管理与离子传输的功能隔膜。
➣创新点1:通过前驱体预电纺丝与原位生长法,制备出超薄的共价有机框架 @聚丙烯腈(COF@PAN)功能隔膜。该结构不仅能实现电解液均匀浸润,还可让电池在缺电解液条件下兼具高比能量与长循环寿命。
➣创新点2:该 COF@PAN 隔膜通过重构氢键网络减少水消耗,并实现快速电解液浸润,使实用化软包电池达到前所未有的能量密度(54.0 Wh kg⁻¹、185.3 Wh L⁻¹)和循环稳定性(超过800次循环)。
https://doi.org/10.1002/adma.202523580
4、安徽农业大学叶冬冬教授:仿生气凝胶纤维,用于柔性可穿戴和户外能量收集系统


➣背景:柔性、可穿戴的能量收集系统对于实现轻便、舒适的便携式电子产品具有重要意义。其中,气凝胶纤维具有超轻的重量和丰富的纳米孔结构,是构建液体定向能收集平台的理想材料。
➣方法:安徽农业大学叶冬冬教授、合肥工业大学王慧庆副教授团队,受植物维管束高效水传输行为的启发,报道了一种通过微流控纺丝制备的液体传输增强的非均相气凝胶纤维(HAF)。
➣创新点1:这种纤维由扭曲的、表面电荷增强的棉花芯组成,用于快速液体输送,外层包裹着再生纤维素/炭黑层,增强了机械强度,提高了水力发电能量转换。
➣创新点2:优化芯层加捻程度,使液体传输速率提高了1.87倍,增强了固液界面的相互作用,并使单个5 cm纤维能够稳定输出0.55 V的开路电压超过160小时。
➣创新点3:通过矩阵式串并联集成,将多个气凝胶纤维单元织造成纺织品,能够从穿戴者的汗水或户外雨水中收集能量,为GPS设备、户外帐篷照明和碳纳米管基电热毯提供电力。
https://doi.org/10.1002/adma.202523239