纳微纤维非织造材料:创新制备与战略应用OA

新材料是支撑国家战略性新兴产业与重大工程不可或缺的物质基础。纳微纤维非织造材料作为高新材料的重要组成部分,凭借其优异的比表面积与孔隙率等特性,已深度融入国防军工、公共卫生及重大基建等核心领域[1]。然而,微纳米纤维仍面临规模化量产受限、本征强力不足及绿色制造困难等行业共性瓶颈问题,探索纳微纤维的高效、绿色、可控制备技术,已成为驱动我国非织造产业向高端跃升、培育新质生产力的破局关键[2]。针对纳微尺度材料规模化制备的技术壁垒,本团队突破单一成形工艺局限,构建了涵盖静电纺丝及熔/溶喷成形的先进制造技术矩阵[3-5]。在静电纺丝领域,团队探明了多物理场协同机制,成功构筑了高卷曲纳米弹簧、树枝状及编织状等复杂拓扑结构,为全固态电池及多相催化等前沿领域提供了高效跨膜离子传输通道[6-14]。在熔/溶喷技术方面,为破解熔喷材料“低阻与高效”难以兼顾的瓶颈,团队首创了双组份原位骤冷裂离与一步法微/纳交替纤维成形技术,成功突破熔体纳米级纤维的制备难题[15-16]。此外,通过多喷孔模头设计与高速气流场牵伸机制的阐明,团队开发了溶液喷射纺丝提速放大装置,极大地拓宽了质子交换膜与防护过滤材料的量产路径[17-20]。为进一步拓宽材料体系与应用边界,团队开创性地发展了静电溶吹、超临界闪蒸及原纤解离等纳微纤维前沿制备技术。团队将静电纺与高速气流吹喷深度耦合,辅以可控编程煅烧,开发了静电溶吹无机纳微纤维制备技术[21]。该工艺不仅消除了溶液喷射中的渣球缺陷,氧化铝纳微纤维产量也较传统工艺得到显著提升,并成功衍生出连续纤维针刺毡等高性能制品[22-23]。在超临界闪蒸领域,团队探明了极端温压条件下流体流变及成形规律,攻克了多重共挤溶液快速制备、静电-气流耦合分丝铺网及多级热压一体成型技术,实现了闪蒸非织造材料力学、阻隔与舒适性能的完美平衡[24]。针对高性能特种高分子,团队提出了蒸汽爆破、非质子溶剂辅助等原纤解离新策略,实现了高长径比芳纶纳米纤维的绿色规模化制备,并以此为基元构筑了梯级增强的高性能复合芳纶纸,全面提升了特种纸基材料的综合物化性能[25]。依托上述全链条核心技术突破,纳微纤维非织造材料的工程化应用成效显著,深度赋能大国重器与国民经济主战场。在高端装备与极端环境防护领域,自主研发的氧化铝连续纤维制品成功应用于“人造太阳”核聚变及多项航天工程,实现了军工核心材料的自主可控。熔喷纳微纤维成果在天津泰达、山东京博控股等领军企业转化,提升了我国熔喷和医疗防护装备的技术水平和市场竞争力;创新设计的高阻隔、高透湿纳米复合微气候防护服,实现了海关防疫关员“零感染”;此外,携手领军美妆企业量产的全生物质纳米纤维面膜,解决了活性成分包裹难题,拓展了纳米纤维材料在化妆品领域的应用,为大健康产业提供了高附加值创新范式。未来,本团队将紧扣国家“双碳”目标与制造强国战略,持续深化“基础理论—关键技术—工程应用”的创新体系。深耕生物基低碳材料的向绿而生与陶瓷纳微纤维的高端装备赋能,探索人工智能驱动的材料智能设计与制造新生态。通过多学科的深度交叉融合,纳微纤维必将作为底层核心材料,为低空经济、商业航天及前沿生物医药等新兴战略领域筑牢物质基石,全面引领我国非织造产业向新质生产力跃升。