俞建勇：二维网状纳米纤维材料 制备技术的最新研究成果

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纺织科技创新中心俞建勇院士及丁彬教授带领的纳米纤维研究团队在高分子材料成型加工领域取得了重要进展，提出了一种高分子网状纤维材料的新型加工技术——“静电喷网”。该研究以《静电喷网法制备高性能二维自组装纳米网络结构材料》(Direct Electronetting of High-Performance MembranesBased on Self-Assembled 2D Nanoarchitectured Networks)为题发表于《自然》（Nature）子刊《自然·通讯》(Nature Communications, DOI:10.1038/s41467-019-09444-y)上。我校系该论文唯一单位。该论文第一作者张世超系我校材料学院2011级博士研究生，现于美国西弗吉尼亚大学从事博士后研究。

近年来，二维纳米网络结构材料在环境防护、电子器件、生物工程等领域应用前景广阔。现有纳米网络结构材料通常由一维纳米纤维材料（直径<100nm，如纳米管、纳米线等）作为构筑单元组装而成，但该构筑单元普遍存在连续性差的问题，导致其聚集体材料面临结构难以精确调控、固有纳米特性难以保持等局限性，严重限制了材料应用性能的大幅提升。

针对上述问题，研究团队提出了一种将高分子量、低浓度聚合物溶液直接喷射形成二维纳米网络结构材料的新技术，并将其命名为“静电喷网”。通过优化溶液本体特性，控制泰勒锥尖端荷电流体喷射模式，获得了高压电场中均匀悬浮分布的荷电液滴簇，进而通过调控收集器耦合诱导微电场的分布状态，实现了荷电液滴的形变\相变\自组装的精确调控，获得了纤维直径10-40nm的二维纳米网络结构材料（纳米蛛网），并成功实现了蛛网制备原料种类的有效拓展，目前已成功制备了PVDF、PAN、carbon、TiO2等多种有机/无机纳米蛛网材料。

（二维纳米蛛网材料的设计与开发（a）静电喷网技术示意图，（b）泰勒锥尖端受力分析，（c）接收器耦合诱导电场分布，（d）荷电液滴微电场形变，（e）电势vs位置分布曲线）

二维纳米网络结构不仅赋予了材料孔径小（200-300nm）、比表面积大（30-70m2g-1）、孔隙率高（99.25%）等纳米特性，同时显著增强了材料的选择润湿性、机械性能以及透光性能，所得纳米蛛网材料在空气过滤、液体分离、生物防护等领域均体现出优异的应用潜力。其中，超薄PVDF纳米蛛网高透光材料（透光性>95%）可有效过滤空气中超细颗粒物PM 0.3，过滤效率达99.86%，空气阻力仅~30 Pa。PAN纳米蛛网材料因具有超亲水且快速渗透特性，与常规液体过滤材料相比，在具有相同过滤效率（99.92%）时，渗透通量提高了一个数量级（3550±275L m-2h-1）。此外，经碳化或煅烧处理后获得的碳基与TiO2基纳米蛛网材料，也分别展现出优异的导电性能与生物防护特性。

该工作不仅提出了一种新型的电流体动力加工技术，制备出了高性能、多功能的二维纳米网络结构材料，也为下一代先端纳米纤维材料的设计与开发提供了指导与借鉴。该研究成果得到了国家自然科学基金、上海市科委项目的大力资助。

俞建勇，1964年5月出生。中国工程院院士，纺织科学与工程一级学科国家重点学科责任人。1991年毕业于东华大学（原中国纺织大学），获博士学位。现任东华大学教授、博导。

长期致力于纺织材料领域的科研与教学，在天然纤维资源开发、化学纤维创新应用、新型结构和功能纺织材料等领域开展基础理论、关键技术和应用开发研究，取得了系列创新性成果。先后承担国家“十五”科技攻关、国家“十一五”科技支撑计划、国家“十二五”科技支撑计划、国家自然科学基金委员会等30多项国家、省部级科研目。

获国家技术发明二等奖2项，国家科技进步二等奖2项，省部级科技成果奖13项；合著书籍3部；在Nat. Commun.、Adv. Mater.、ACS Nano、Prog. Mater. Sci.、Nano Today 等期刊发表论文400余篇；授权国家发明专利100多项；指导研究生100余名，其中1篇博士学位论文被评为2011年度全国百篇优秀博士学位论文。

丁彬，1975年5月出生。东华大学纺织学院纺织材料学科研究员、博士生导师，纺织学院副院长,国家环境保护纺织工业污染防治工程技术中心副主任。主要研究成果有：主编中文书籍《静电纺丝与纳米纤维》、主编英文书籍《Electrospun Nanofibers for Energy and Environmental Applications》、合著出版英文书籍11部、在国际核心期刊如：Nature Communications,ACS Nano, Progress in Materials Science, Nano Today, Materials Today, Journal of Materials Chemistry, Nanoscale等期刊共发表SCI论文150余篇(单篇最高影响因子27.4，论文被引用5000余次)、获授权发明专利35项。