近日，材料科學與工程學院高耐受聚合物基復合材料創新中心在高耐受聚合物基復合材料機理研究、結構創新設計及性能提升等方面取得系列研究成果，并分別發表在《Chemical Engineering Journal》《Nano Energy》《Composites Science and Technology》《Polymer Composites》等國際知名期刊上。

該團隊長期專注于高耐受聚合物基復合材料的設計制備，在新能源材料、熱管理材料、玄武巖纖維增強復合材料等領域取得成果，多項指標達國際先進水平，具備大規模產業化的潛力。

在聚合物薄膜電容器領域，團隊創新性地提出“晶粒尺寸精細化調控”策略。通過在聚丙烯體系中引入微量組分，實現對初始晶體結構的精準控制。基于此制備的聚丙烯薄膜展現出卓越的綜合性能：擊穿場強高達958 MV/m，放電能量密度達到10.2 J/cm3，同時兼具優異的力學韌性和長期使用可靠性。該研究突破了傳統單純追求高結晶度的技術路線，開創了通過晶體尺寸精準調控優化薄膜介電性能的新范式。該工作以韓銳教授為通訊作者發表于一區TOP雜志《Chemical Engineering Journal》（見圖1）。

圖1

面向熱管理材料，團隊提出一種通過纖維素納米纖維誘導的界面工程設計策略，成功制備出兼具高導熱與優異機械耐久性的尼龍基復合材料。該材料面內導熱系數達4.5 W·m?1·K?1，較純尼龍提升超過1857%，并且兼具優異的力學穩定性與耐疲勞特性。該工作為柔性電子等領域高魯棒性熱管理材料提供了創新解決方案，并以王文燕博士為第一作者、韓銳教授為通訊作者發表于二區TOP期刊《Composites Science and Technology》（見圖2）。

圖2

針對纖維增強復合材料，團隊李光照副研究員和張帥博士提出了通過水性聚氨酯改善玄武巖纖維表面化學活性，創新性地采用預聚合工藝制備高性能熱固性樹脂，深入探討預聚合對固化反應活性、化學結構以及最終復合材料性能的影響，并將其與碳纖維布混雜鋪層，將復合材料的抗拉強度提高了32.5%，并顯著改善了復合材料的耐熱震、耐腐蝕、耐火燒、抗高溫變形等性能。相關工作發表于《Polymer Composites》《Journal of Applied Polymer Science》等期刊。

圖3

在高耐受聚合物基復合材料的微觀結構設計領域，李光照副研究員創新性地開發了環氧大豆油基增塑劑，顯著改善了氟橡膠與三元乙丙橡膠共混體系的低溫性能。實驗結果顯示，該增塑劑最高可使復合橡膠的玻璃化轉變溫度（Tg）降低3.54℃，相關成果發表于《Journal of Applied Polymer Science》期刊（圖4左）。王文燕博士則聚焦于尼龍66的凝聚態結構調控，創新性地在熔融紡絲過程中引入芳酰胺材料TMB-5，并利用二者相似的化學結構調控體系內分子間氫鍵網絡，從而實現凝聚態結構的定向優化。該工作從加工過程中的分子間動態作用層面深化了對聚合物結構?性能關系的理解，為發展高性能工程聚合物及纖維材料提供了有潛力的加工調控途徑，相關成果已在《Molecules》期刊正式發表。（圖4右）

圖4

在新能源領域，韓銳教授針對硅碳負極中體積膨脹大的嚴峻挑戰，提出通過絮凝沉淀、熱壓實、噴霧干燥、表面引發聚合等過程，將導電交聯聚苯胺（c-PANi）在多孔硅碳顆粒上的均勻附著。該方法制備的雙包覆層Si-C顆粒（Si@RFC-cPANi）具有低比表面積（5.7 m2/g）、豐富的閉孔結構（1.49 cm3/g），并且在NCM622體系全電池中表現出優異的電化學特性，其能量密度可達445 Wh/Kg（圖5），相關成果發表于《Nano Energy》期刊。

圖5

系列科研論文的發表，標志著高耐受聚合物基復合材料創新中心的相關研究工作已步入正軌，在材料與表面技術教育部重點實驗室的大力支持下，創新中心將持續推動相關研究走向深入，并為學校高端能源裝備、低空智慧農機等的發展提供支撐。