導(dǎo)讀

近期，陜西科技大學(xué)輕工科學(xué)與工程學(xué)院（柔性電子學(xué)院）張美云教授團(tuán)隊(duì)楊斌副教授課題組圍繞納米纖維基電氣絕緣材料和先進(jìn)固態(tài)電解質(zhì)領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，相關(guān)成果發(fā)表于自然指數(shù)期刊Adv Funct Mater和ACS Nano上。

1. 新型微/納纖維雙網(wǎng)絡(luò)復(fù)合芳綸紙?jiān)跈C(jī)械與電絕緣性能上取得協(xié)同提升

電氣絕緣材料是確保電氣系統(tǒng)運(yùn)行安全和能源效率優(yōu)化的基石，廣泛應(yīng)用于超高壓變壓器和驅(qū)動(dòng)電機(jī)等關(guān)鍵領(lǐng)域。當(dāng)前，紙基絕緣材料因其輕質(zhì)、高介電強(qiáng)度和可設(shè)計(jì)性而備受關(guān)注，但傳統(tǒng)聚間苯二甲酰間苯二甲胺（PMIA）絕緣紙存在結(jié)構(gòu)疏松、機(jī)械性能差和介電強(qiáng)度低的問(wèn)題，而芳綸納米纖維（ANF）紙雖具有優(yōu)異的拉伸強(qiáng)度和介電性能，卻因纖維節(jié)點(diǎn)固定、難以通過(guò)滑移耗散能量，導(dǎo)致撕裂強(qiáng)度極低，易發(fā)生脆性斷裂，嚴(yán)重限制其在高電壓和極端環(huán)境下的應(yīng)用。

團(tuán)隊(duì)通過(guò)設(shè)計(jì)微/納米雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，優(yōu)化微米級(jí)PMIA纖維與納米級(jí)ANF網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度與密度，實(shí)現(xiàn)了撕裂強(qiáng)度與介電強(qiáng)度的協(xié)同提升。該復(fù)合材料的撕裂強(qiáng)度達(dá)到1899 mN，同時(shí)介電強(qiáng)度高達(dá)82.8 kV/mm，顯著改善了傳統(tǒng)ANF紙極易撕裂的難題，并在高溫、低溫和腐蝕性環(huán)境中表現(xiàn)出卓越的穩(wěn)定性，為新型極端環(huán)境電氣設(shè)備提供了理想的絕緣材料解決方案。相關(guān)論文以“Micro/Nanofiber-Network Assembled Aramid Paper with Excellent Mechanical and Electrical Insulating Properties”為題，發(fā)表在ACS Nano上，碩士研究生王伊帆是主要完成人，楊斌副教授是通訊作者。

2. 分子橋接與界面縫合策略破解固態(tài)電池核心難題構(gòu)筑超薄強(qiáng)韌復(fù)合電解質(zhì)

邁向更高能量密度與本征安全是儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展不懈的追求。固態(tài)鋰金屬電池被寄予厚望，但其核心組件——固態(tài)電解質(zhì)卻面臨一個(gè)根本性悖論：剛性無(wú)機(jī)陶瓷電解質(zhì)雖能物理阻擋鋰枝晶穿刺，卻因脆性大、界面接觸差，易導(dǎo)致電池失效；而柔性聚合物電解質(zhì)雖界面兼容性好、易于加工，但其室溫離子電導(dǎo)率低、機(jī)械強(qiáng)度弱，無(wú)法有效抑制枝晶生長(zhǎng)，同樣存在安全隱患。這一“剛性”與“柔性”的性能矛盾，如同“魚(yú)與熊掌”，嚴(yán)重制約了固態(tài)電池的商業(yè)化進(jìn)程。

團(tuán)隊(duì)以具有優(yōu)異力學(xué)性能和豐富表面官能團(tuán)的先進(jìn)納米纖維作為關(guān)鍵分子橋與界面縫合劑，利用其三維納米網(wǎng)絡(luò)骨架，在納米尺度上將柔性的PEO與剛性的LLZTO無(wú)縫“縫合”成一個(gè)協(xié)同互鎖的整體結(jié)構(gòu)，成功研制出一種兼具超薄厚度、卓越機(jī)械強(qiáng)度與高離子電導(dǎo)率的復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)。該研究成果以題為“A Synergistically Interlocked Ultrathin yet Robust Composite Electrolyte for Solid-State Lithium Metal Batteries”發(fā)表于國(guó)際權(quán)威期刊Advanced Functional Materials，碩士研究生何佳樂(lè)是主要完成人，楊斌副教授是通訊作者。

開(kāi)發(fā)的復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)厚度僅約3微米，卻展現(xiàn)出優(yōu)異的綜合性能。室溫離子電導(dǎo)率高達(dá)0.68 mS/cm，鋰離子遷移數(shù)提升至0.6，保障了電池的高效運(yùn)行與快速充放電能力；電化學(xué)穩(wěn)定窗口拓寬至5.7 V（vs. Li?/Li），可直接匹配高能量密度的NCM811等高電壓正極材料；拉伸強(qiáng)度約20 MPa，且耐180度反復(fù)折疊，遠(yuǎn)超傳統(tǒng)聚合物復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)，具備優(yōu)異的抗枝晶穿刺能力；在180℃高溫下不熔化、不變形，且具備優(yōu)異的阻燃特性，熱安全性能突出。在電池測(cè)試中，基于該電解質(zhì)的鋰對(duì)稱(chēng)電池實(shí)現(xiàn)了超過(guò)2500小時(shí)的穩(wěn)定循環(huán)；匹配磷酸鐵鋰正極的全電池在室溫下0.5C倍率循環(huán)1000次后，容量保持率優(yōu)異；電池在高達(dá)10C的極端倍率下仍能穩(wěn)定工作，展現(xiàn)出卓越的倍率性能；組裝的軟包電池在折疊、剪切甚至穿刺等嚴(yán)苛濫用條件下，仍能穩(wěn)定供電；與高質(zhì)量負(fù)載的正極（8 mg/cm2）及高電壓NCM811正極均能穩(wěn)定循環(huán)，滿(mǎn)足了高能量密度電池的設(shè)計(jì)要求。

該項(xiàng)研究不僅成功制備出一款性能卓越的復(fù)合電解質(zhì)，更提供了一種普適性的“分子橋接”界面工程設(shè)計(jì)策略，其所展現(xiàn)的超薄、強(qiáng)韌、高導(dǎo)、安全、寬溫域兼容等特性，集成了下一代儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)核心材料的核心訴求，具有較大的科學(xué)意義與產(chǎn)業(yè)應(yīng)用價(jià)值。

新聞小貼士：

楊斌副教授先后入選“2023-2025年度全球前2%頂尖科學(xué)家榜單”、“中國(guó)造紙學(xué)會(huì)青年蔡倫科技獎(jiǎng)”、“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”。長(zhǎng)期聚焦軌道交通、航空航天等高端領(lǐng)域?qū)ο冗M(jìn)絕緣、輕質(zhì)高強(qiáng)蜂窩、耐高溫電池隔膜、柔性電磁屏蔽材料的重大需求，從事高性能紙基功能材料研究。近年來(lái)圍繞先進(jìn)納米纖維基功能材料可控制備與應(yīng)用開(kāi)展了開(kāi)創(chuàng)性研究，僅在Adv. Funct. Mater.，ACS Nano，Nature Commun上發(fā)表自然指數(shù)期刊論文10余篇，其中ESI熱點(diǎn)、高被引論文8篇次，被引4000余次，在該領(lǐng)域產(chǎn)生了較大的影響力。

[1] Yang B*, He J, Li J, Zhang M. A Synergistically Interlocked Ultrathin yet Robust Composite Electrolyte for Solid-State Lithium Metal Batteries, Adv. Funct. Mater., 2026, DOI: 10.1002/adfm.73857 (SCI 1區(qū)，Top期刊，自然指數(shù)期刊論文，IF：18.5)

[2] Yang B*, Wang Y, Zhou Y, He J, Xu P, Zhang M. Micro/Nanofiber-Network Assembled Aramid Paper with Excellent Mechanical and Electrical Insulating Properties，ACS Nano, 2025, 19, 37027?37039(SCI 1區(qū)，Top期刊，自然指數(shù)期刊論文, IF：15.8)

[3] Yuan B, Yang B*, Xu P, Zhang M*, Poly(p-Phenylene Benzobisoxazole) Nanofiber: A Promising Nanoscale Building Block Toward Extremely Harsh Conditions. ACS Nano, 2025, 19(2), 1981-2012. (SCI 1區(qū)，Top期刊，自然指數(shù)期刊論文，IF：15.8，ESI高被引論文)

[4] Yang B*, Yuan B, Xu P, Zhang M*, Dual-Network Assembled Nanopaper towards Extremely Harsh Conditions. Adv. Funct. Mater., 2024,34(46), 2407763 (SCI 1區(qū)，Top期刊，自然指數(shù)期刊論文，IF：18.5)

[5] Yang B*, Wang H R, Zhang M Y, Jia F F, Liu Y, Lu Z Q*，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一區(qū)，Top期刊, IF：13.2，ESI熱點(diǎn)、高被引論文）

[6] Yang B*, Wang L, Zhang M*, Luo J, Lu Z, Ding X. Fabrication, Applications, and Prospects of Aramid Nanofiber. Adv. Funct. Mater., 2020, 63, 2000186. (SCI 1區(qū)，Top期刊， IF：18.5；ESI高被引論文，被引478次)

[7] Yang B*, Li W, Zhang M*, Wang L, Ding X. Recycling of High-Value-Added Aramid Nanofibers from Waste Aramid Resources via a Feasible and Cost-Effective Approach. ACS Nano, 2021, 15(4): 7195–7207. (SCI 1區(qū)，Top期刊，自然指數(shù)期刊論文，IF：15.8，ESI高被引論文，被引122次)

[8] Yang B*, Wang L, Zhang M*, Luo J, Ding X. Timesaving, High-Efficiency Approaches to Fabricate Aramid Nanofibers. ACS Nano, 2019, 13(7): 7886-7897. (SCI 1區(qū)，Top期刊，自然指數(shù)期刊論文，IF：15.8，受到國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)媒體Chemistry Views的亮點(diǎn)推介，獲得陜西省自然科學(xué)優(yōu)秀論文獎(jiǎng)，ESI高被引論文，被引405次)

[9] Wang L, Zhang M*, Yang B*, Tan J, Ding X. Highly Compressible, Thermally Stable, Light-Weight, and Robust Aramid Nanofibers/Ti3AlC2 MXene Composite Aerogel for Sensitive Pressure Sensor. ACS Nano, 2020, 14(8): 10633–10647. (SCI 1區(qū)，Top期刊，自然指數(shù)期刊論文，ESI熱點(diǎn)、高被引論文，IF：15.8，被引395次)

[10] He H, Wei X, Yang B, Liu H, Sun M, Li Y, Tang CY, Lin Y*, L Xu*. Ultrastrong and Multifunctional Aerogels with Hyperconnective Network of Composite Polymeric Nanofibers. Nature Commun. 2022, 13 (1), 4242(SCI 1區(qū)，Top期刊，自然指數(shù)期刊論文，IF：15.7)

[11] Ma Z*, Kang S, Ma J*, Shao L, Wei A, Liang C, Gu, J*, Yang B, et al. High-Performance and Rapid-Response Electrical Heaters Based on Ultraflexible, Heat-Resistant, and Mechanically Strong Aramid Nanofiber/Ag Nanowire Nanocomposite Papers. ACS Nano, 2019,13 (7), 7578-7590 (SCI 1區(qū)，Top期刊，自然指數(shù)期刊論文，ESI高被引論文，IF：15.8，被引436次)

[12] Wang Z, Zhu H, Li H, Wang Z, Sun M, Yang B, Wang Y, Wang L, Xu L*. High-Strength Magnetic Hydrogels with Photoweldability Made by Stepwise Assembly of Magnetic-Nanoparticle-Integrated Aramid Nanofiber Composites, ACS Nano, 2023, 17 (10), 9622-9632 (SCI 1區(qū)，Top期刊，自然指數(shù)期刊論文，IF：15.8)

來(lái)源：陜西科技大學(xué)