朱美芳院士、张锁江院士、张莹莹教授等团队发表5篇“高性能纤维”新成果
2026/6/24 15:04:23
admin
本期内容，易丝帮精选东华大学朱美芳院士、清华大学张莹莹教授、中国科学院过程工程研究所张锁江院士、德克萨斯大学奥斯汀分校余桂华教授、福州大学赖跃坤教授等团队，近期发表的5篇顶刊文章。主要介绍了新型高性能纤维在植物微气候测绘、人体热管理、麻醉氙气回收、可穿戴式大气集水、空气过滤等方面的研究进展，供大家了解。
1、东华大学朱美芳院士&严威教授等人Adv. Mater.：基于半导体纤维，开发首款分布式植物微气候测绘织物平台
➣挑战：蒸腾作用是植物生存的基础，但人们仍难以精准解析其变化规律，原因在于传统传感检测手段会干扰气孔边界层，仅能获取局部检测数据，且无法在湿度动态波动环境下兼顾水汽响应性能与稳定光电探测能力。
➣方法：东华大学朱美芳院士、严威教授、王海亮博士团队，报道了首款分布式植物微气候测绘织物平台，该平台基于半导体纤维制备，依托两种差异化限域调控晶相工程策略实现功能构建。
➣创新点1：局部空间限域热重构工艺可促使半导体纤维芯层形成最优结晶结构；纳米球限域效应则调控钙钛矿纤维包层在湿度刺激下实现CsPbBr₃与CsPb₂Br₅之间的可逆晶相转变，同步实现稳定光电探测与可逆湿度传感响应。
➣创新点2：连续热拉制与聚合物包覆工艺搭建起可规模化的千米级纤维制备路线，所得纤维具备精细复合结构：经过一万次开关循环后仍可保持线性光电探测性能，开关比超 50；同时历经 600 次湿度传感循环无性能衰减。
➣创新点3：将纤维阵列编织为透气织物后，可实现亚厘米级空间环境测绘；在商用温室实景微气候环境中，该设备可捕捉低至 10 mW/cm2的空间光照辐照度差异，直观反映与植物蒸腾、生长密切相关的微气候空间异质性。
https://doi.org/10.1002/adma.73693[1]
2、清华大学张莹莹教授&东北林业大学陈文帅教授Nat. Sustain.：全蚕丝纳米纺织品，用于人体热管理
➣挑战：含孔隙或纳米颗粒的层级结构合成纺织品在日间辐射制冷领域展现出巨大应用潜力。但这类材料会释放微塑料、存在纳米颗粒毒性，对生态环境与人体健康存在显著危害，限制了其大规模推广应用。
➣方法：清华大学张莹莹教授与东北林业大学陈文帅教授合作，研发一种全蚕丝纳米织物（SilkNT），该织物可实现高性能辐射制冷，且完全不含合成高分子与有毒助剂。
➣创新点1：该丝素纳米织物采用费马螺旋加捻工艺，将丝素纳米纤维包覆于蚕丝纱线表面制备而成，依托自身层级结构与蚕丝本征光学特性，实现高达 94.8% 的太阳光反射率，紫外吸收率仅 8.19%。
➣创新点2：实际使用场景下，覆盖该蚕丝纳米织物的皮肤表面温度，相比覆盖传统蚕丝织物可降低 4.3 ℃。全套实验表征与生命周期评估结果证实，该材料具备优异的生物可降解性、可回收性与生物相容性，环境负荷更低。
http://doi.org/10.1038/s41893-026-01887-8[2]
3、福州大学赖跃坤教授&黄剑莹教授等人Nat. Commun. ：多级分裂静电纺丝制备跨尺度纤维膜，实现高稳定超高防护空气过滤
➣挑战：一次性纤维空气过滤介质是个人健康防护领域最便捷、高效的手段之一。然而，受超细纳米纤维制备纺丝技术与拓扑过滤网络设计存在的技术瓶颈制约，现有过滤材料无法实现对超细颗粒物（PM）稳定可靠的高级防护。此外，过滤材料过量使用产生的不可降解废弃物带来了沉重的环境负担。
➣方法：福州大学赖跃坤教授、黄剑莹教授、安徽农业大学朱天雪教授团队合作，提出一种通用型多级分裂静电纺丝制备策略，可制备多种可降解跨尺度纤维膜（TSFM）。
➣创新点1：超细纳米纤维、纳米纤维与亚微米纤维分层交织堆叠，使轻质跨尺度纤维膜具备曲折的拦截网络与丰富的传质传能通道。
➣创新点2：该材料可稳定实现超高效率的 PM0.3 过滤，空气阻力低、透气性优异，相较于商用 N95 口罩，高分子原料消耗量可降低 99%。本研究有望推动先进纺丝技术迭代升级，助力高性能、可持续型过滤分离材料的研发。
https://doi.org/10.1038/s41467-026-74514-x[3]
4、中科院过程所张锁江院士J. Am. Chem. Soc.：中空纤维膜实现水汽协同促进传输，用于麻醉氙气回收
➣挑战：氙气是一种性能优异的麻醉剂，但未回收气体的高昂成本严重限制了其临床应用；该难题的根源在于无法从高湿度、富氙呼出混合气中选择性脱除CO2。
➣方法：中国科学院过程工程研究所张锁江院士、罗双江研究员团队开发一种梯度胺化中空纤维膜，通过一种全新调控策略，将水分从性能抑制介质转化为协同增效助剂。
➣创新点1：通过可控氨气等离子体处理，在中空纤维膜表面构建厚度低于 10 纳米的梯度胺化功能层，构筑出限域微环境，使水分子发挥双重作用：一方面促进CO2与胺基发生可逆反应，生成可迁移碳酸氢根离子，加快CO2传质速率；另一方面形成空间位阻与竞争吸附屏障，选择性阻碍氙气扩散。
➣创新点2：在模拟麻醉呼气工况下，依托这种水汽协同促进传质机制，优化后的分离膜实现了超高混合气体CO2 / 氙气分离选择性（1105±13），CO2渗透通量达 35.3±1.2 GPU，性能优于现有所有已报道分离膜。该膜在含氧进气体系中可稳定连续运行 720 小时，自研膜组件单级CO2脱除效率超 99%，验证了其实际应用潜力。
➣创新点3：除氙气回收场景外，本研究搭建了可规模化制备的等离子体胺化改性平台，用于构筑分子筛分孔道结构，为耐湿型分离膜的设计提供了普适性理论思路。
https://doi.org/10.1021/jacs.6c06372[4]
5、德克萨斯大学奥斯汀分校余桂华教授&四川大学吴凯副研究员Sci. Adv.：可规模化层级纺织纤维，实现可穿戴式大气集水
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刘勇，北京化工大学副研究员，博导。主要从事高分子及纳米复合材料制备与应用等研究。先后承担国家自然科学基金、科技部、教育部、北京市等一系列省部级项目及企业合作课题。获国家科技进步二等奖、省部级技术发明二等奖、专利优秀奖。
