高强超薄纳米纤维薄膜在柔性可穿戴器件、电子皮肤以及可充电电池等领域具有广阔的应用前景。然而，基于刮涂等传统方法制备的纳米纤维薄膜因存在大量结构缺陷使其无法达到理想的力学性能，是纳米纤维薄膜应用所面临的重大挑战。
图1. 基于微流控技术的芳纶纳米纤维薄膜连续制备示意图以及光学照片
近期，武汉理工大学张鹏超研究员和青岛科技大学滕超副教授合作，开发了基于微流控层流的高强纳米纤维薄膜连续制备新策略，所制备的芳纶纳米纤维薄膜具有双面致密结构（图1），实现了在超薄厚度（140 ± 25 nm）下高达667 ± 40 MPa的拉伸强度，与刮涂制备的纳米纤维薄膜相比提升了约120%（图2）。
图2. 微流控制备与刮涂制备的芳纶纳米纤维薄膜强度对比
如图3所示，在芳纶纳米纤维成膜时，微流控技术可以同时使其上下两个表面都在凝固浴中质子化，从而形成双面致密结构。与刮涂法制备的薄膜相比，结构缺陷大大减少。该微流控技术同样适用于其他纳米纤维薄膜的连续可控制备。例如，实现了再生纳米纤维素和二醋酸纤维素薄膜的可控制备。与刮涂法相比，基于微流控技术制备的两种纤维素薄膜在机械强度上均有所增强，其中再生纳米纤维素薄膜增强了42%，二醋酸纤维素薄膜增强了94%。表面致密结构的形成以及内部缺陷的减少是其薄膜强度增强的主要原因。
图3. 微流控制备与刮涂制备的芳纶纳米纤维薄膜结构区别示意图以及薄膜上下表面扫描电镜示意图
这项研究工作为纳米纤维薄膜材料的微观结构和力学性能调控提供了新策略，将推动其在可穿戴器件、柔性电子皮肤、电池隔膜和能量转换等方面的应用。该工作以“Mechanically robust ultrathin nanofibrous films by using microfluidic-based continuous printing”为题发表在《Mater. Horiz.》上。文章第一作者是武汉理工大学硕士研究生苏嘉情和陈骁教授，通讯作者为武汉理工大学张鹏超研究员和青岛科技大学滕超副教授。该研究得到了国家自然科学基金委、科技部和湖北隆中实验室的支持。
该工作是团队高性能聚合物薄膜制备新技术相关研究的最新进展之一。围绕湿法聚合物薄膜制备过程中聚合物液膜的调控策略，开发了基于液滴超铺展的高性能聚合物薄膜制备新技术（Nature 2020, 580, 210；Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 3615；Adv. Mater. 2020, 32, 1907413；Adv. Sci. 2019, 6, 1900996；Adv. Mater. Interfaces 2016, 3, 1600615）和基于微流控层流的高性能聚合物薄膜制备新技术（Giant 2022, 9, 100091；Polymers 2023, 15, 2905；Small Methods 2024, 8, 2300221），探索了其在介电储能（ACS Appl. Mater. Interfaces 2024, 16, 14162）、高效离子分离（Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202215906）、高安全电池隔膜（Chem. Eng. J. 2024, 487, 150709；Small 2024, 20, 2311219）等领域的应用。
原文链接：
https://doi.org/10.1039/D4MH00487F
相关进展
武汉理工大学张鹏超研究员/北京师范大学蒋亚楠副教授 Angew：具有贯穿型亚纳米通道的混合基质膜用于选择性离子电导
武汉理工大学张鹏超教授团队：基于微流控层流的先进聚合物薄膜制备新策略
高分子科技原创文章。欢迎个人转发和分享，刊物或媒体如需转载，请联系邮箱：info@polymer.cn
欢迎专家学者提供稿件（论文、项目介绍、新技术、学术交流、单位新闻、参会信息、招聘招生等）至info@polymer.cn，并请注明详细联系信息。高分子科技®会及时推送，并同时发布在中国聚合物网上。
欢迎加入微信群 为满足高分子产学研各界同仁的要求，陆续开通了包括高分子专家学者群在内的几十个专项交流群，也包括高分子产业技术、企业家、博士、研究生、媒体期刊会展协会等群，全覆盖高分子产业或领域。目前汇聚了国内外高校科研院所及企业研发中心的上万名顶尖的专家学者、技术人员及企业家。
申请入群，请先加审核微信号PolymerChina（或长按下方二维码），并请一定注明：高分子+姓名+单位+职称（或学位）+领域（或行业），否则不予受理，资格经过审核后入相关专业群。
