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本期内容,易丝帮精选了近期发表于《Advanced Functional Materials》的5篇研究成果,来自东华大学陈志钢教授、东华大学斯阳教授、青岛大学吴广磊教授、天津工业大学林童教授、苏州大学汪晓巧教授等顶尖团队。这些研究聚焦静电纺丝与纳米纤维技术,在糖尿病创面愈合、雷达与红外隐身材料、电磁波吸收、传感器等领域取得了突破性进展。以下是核心亮点速览,供大家学习和参考!
1、东华大学陈志钢教授:自泵式Janus膜,促进糖尿病创面愈合中钙离子递送


➣挑战:糖尿病足溃疡难以愈合,会陷入由高渗葡萄糖渗出液过多、持续性感染、氧化应激以及细胞增殖受损共同引发的恶性循环。
➣方法:东华大学陈志钢教授、余诺研究员团队,制备了一种多功能乔纳斯结构纤维膜(P/2PHECaPDA),可调控糖尿病伤口微环境。该材料体系集抗重力渗出液引流、光热杀菌、钙离子释放以及葡萄糖响应式药物递送功能于一体。
➣创新点1:这种具备梯度孔隙与差异化润湿性的不对称结构,可利用水分子从范德华力吸附向有序氢键网络的转变,实现自泵式渗液清除,速率达1.96 g·cm⁻²·h⁻¹。
➣创新点2:CaPDA 组分具有优异的光热抗菌活性(杀菌效率>99%),并可持续释放 Ca²⁺以促进愈合。同时,通过硼酸酯键连接的EGCG 可实现葡萄糖响应型抗氧化剂释放,有效缓解氧化应激,并使M2型巨噬细胞极化水平相较于基线提升3.5倍。该材料生物相容性优异,可显著加速创面闭合。
https://doi.org/10.1002/adfm.202600053
2、东华大学斯阳教授等人:超弹性磁性气凝胶阀调控红外-雷达隐身


➣挑战:以多光谱侦察为主导的现代战场透明化,亟需能够动态规避红外与雷达探测的自适应伪装材料。然而,雷达隐身所需的高电磁损耗与红外隐身必需的低发射率之间存在根本性矛盾,长期制约着此类智能兼容系统的发展。
➣方法:东华大学斯阳教授团队通过构建半蜂窝孔结构的超弹性磁性纳米纤维气凝胶(MNFAs)突破上述限制。该设计可按需实现双波段隐身“开启/关闭” 状态的同步切换,同时保持优异的力学稳定性——在 50% 应变下经 500 次压缩循环性能仍保持稳定。
➣创新点1:在自然释放状态下,MNFAs 表现出优异的雷达波吸收性能(反射损耗- 42 dB)与突出的隔热性能(热导率 51 mW・m⁻¹・K⁻¹),可同时实现双光谱隐身。
➣创新点2:当施加70% 压缩应变时,有效吸收带宽消失,表面温度急剧升高,雷达与红外隐身功能同步失效。本研究通过多尺度分析阐明了机械驱动多光谱协同智能调控机制,为下一代自适应伪装材料设计提供了新范式。
https://doi.org/10.1002/adfm.75580
3、青岛大学吴广磊教授&贾梓睿副教授等人:多级杂化与择优取向策略下的协同极化弛豫及电磁波吸收研究


➣挑战:通过多级杂化与择优取向策略,在从原子尺度到介观尺度的多尺寸范围内精准调控材料的电磁响应特性,仍是高性能电磁波吸收材料研发领域的核心难题。
➣方法:青岛大学吴广磊教授、贾梓睿副教授、高振国合作,采用分步水热–硒化与静电纺丝法,成功制备出具有多级杂化结构的二硒化钴/硒化三镍/1.9 硒化铈/碳纳米纤维复合材料(CoSe₂/Ni₃Se₂/CeSe₁.₉/CNFs,简称 CNCS)。
➣创新点1:多级杂化与择优取向两大策略的协同联用,实现了材料在原子、分子及介观多尺度下结构与组分的精准调控,进而构筑起高效的多尺度协同损耗网络。
➣创新点2:该复合材料在匹配厚度仅为 2.9 mm 时,最低反射损耗可达−62.5 dB,有效吸收带宽达 8.3 GHz,吸波性能优异。
https://doi.org/10.1002/adfm.75567
4、天津工业大学林童教授&王红霞教授:纳米纤维换能器中的仿生椭圆孔径,用于本质宽带和平坦声电感测


➣挑战:纳米纤维声电传感器虽具备强机电耦合、响应灵敏等优势,但仍未解决窄带单峰响应的固有缺陷,依赖电子均衡才能实现宽带,限制实用化。
➣方法:天津工业大学林童教授、王红霞教授团队,受人类鼓膜椭圆形生物力学特性的启发,提出一种全新设计方案,可让纳米纤维声电器件传感器无需电子均衡处理,即可实现平坦且宽频的频率响应。
➣创新点1:将静电纺聚丙烯腈(PAN)纳米纤维膜与仿生椭圆孔径电极相结合,打破了结构对称性。该结构能够显著促进器件长轴方向的高阶多节点振动,进而产生共振叠加效应。
➣创新点2:单孔径器件在 270 至 518 Hz(Δ f = 248 Hz)间提供平坦响应,输出电压为 9.93±0.74 V。五个孔径的线性阵列将平坦带宽扩展至 219–676 Hz(Δ f = 457 Hz),通过增强的孔间耦合将输出电压提升至 14.62±0.92 V。
➣创新点3:该传感器的信噪比可达 45.9 dB,频谱失真为 7.52 dB,元音识别准确率达 98.7%,说话人识别准确率为 100%。同时,该器件还可作为能量收集器,为微电子设备供电并为储能装置充电。
https://doi.org/10.1002/adfm.75358
5、苏州大学汪晓巧教授&西北工业大学杨海涛教授:超强韧、可拉伸丝蛋白纤维膜:用于耐用且透气的表皮生物电子传感器


➣挑战:表皮生物电子技术高度依赖具备皮肤适配性与高稳定性的器件- 表皮界面,由此催生了对柔性功能高分子材料的迫切需求。蚕丝等天然生物高分子凭借优异的生物相容性与可持续性,是理想的界面适配材料;但将其加工为兼具强韧性、超薄特性与透气性的皮肤适配薄膜,仍是一大技术难题。
➣方法:苏州大学汪晓巧教授、西北工业大学杨海涛教授合作,结合静电纺丝与吸湿诱导结晶复合策略,制备出具备离子导电性能的丝蛋白纤维膜。该材料构筑出多级微观结构,由定向排列的超细纤维、无规缠结的肽链网络构成,且通过β折叠纳米晶体实现稀疏交联,有效克服了天然蚕丝本身固有的脆性缺陷。
➣创新点1:所得丝蛋白纤维膜厚度约 19μm,依托独特的裂纹偏转机制,实现了 220% 的断裂应变、9.88 MPa的断裂应力、14.97 MJ m−3的断裂韧性,以及 98.18 kJ m−2的超高断裂能。
➣创新点2:作为兼具皮肤适配性与透气渗透性的传感器,丝蛋白纤维膜(SPFM)可高保真、稳定监测人体运动与生物电信号,能够在人体动态活动过程中实现高信噪比(大于 45dB)的肌电信号采集。
➣创新点3:结合机器学习的双通道肌电信号采集技术,手势识别准确率可达 98.91%,充分展现了高性能生物聚合物表皮电子器件在人机交互领域的应用潜力。
https://doi.org/10.1002/adfm.75582