陕西科技大学杨斌课题组在自然指数期刊AFM、ACS Nano上发表最新研究成果

时间：2026-01-19 00:28:11     来源： 火狐娱乐app

  近期，陕西科技大学轻工科学与工程学院（柔性电子学院）张美云教授团队杨斌副教授课题组围绕纳米纤维基电气在允许电压下不导电的材料和先进固态电解质领域取得重要进展，相关成果发表于自然指数期刊Adv Funct Mater和ACS Nano上。

  电气在允许电压下不导电的材料是确保电气系统运行安全和能源效率优化的基石，大范围的应用于超高压变压器和驱动电机等关键领域。当前，纸基在允许电压下不导电的材料因其轻质、高介电强度和可设计性而非常关注，但传统聚间苯二甲酰间苯二甲胺（PMIA）绝缘纸存在结构疏松、机械性能差和介电强度低的问题，而芳纶纳米纤维（ANF）纸虽具备优秀能力的拉伸强度和介电性能，却因纤维节点固定、难以通过滑移耗散能量，导致撕裂强度极低，易发生脆性断裂，严重限制其在高电压和极端环境下的应用。

  团队通过设计微/纳米双网络结构，优化微米级PMIA纤维与纳米级ANF网络的节点强度与密度，实现了撕裂强度与介电强度的协同提升。该复合材料的撕裂强度达到1899 mN，同时介电强度高达82.8 kV/mm，显著改善了传统ANF纸极易撕裂的难题，并在高温、低温和腐蚀性环境中表现出卓越的稳定性，为新型极端环境电气设备提供了理想的在允许电压下不导电的材料解决方案。相关论文以“Micro/Nanofiber-Network Assembled Aramid Paper with Excellent Mechanical and Electrical Insulating Properties”为题，发表在ACS Nano上，硕士研究生王伊帆是主要完成人，杨斌副教授是通讯作者。

  迈向更高单位体积内的包含的能量与本征安全是储能技术发展不懈的追求。固态锂金属电池被寄予厚望，但其核心组件——固态电解质却面临一个根本性悖论：刚性无机陶瓷电解质虽能物理阻挡锂枝晶穿刺，却因脆性大、界面接触差，易导致电池失效；而柔性聚合物电解质虽界面兼容性好、易于加工，但其室温离子电导率低、机械强度弱，无法有效抑制枝晶生长，同样存在安全风险隐患。这一“刚性”与“柔性”的性能矛盾，如同“鱼与熊掌”，严重制约了固态电池的商业化进程。

  团队以具备优秀能力力学性能和丰富表面官能团的先进纳米纤维作为关键分子桥与界面缝合剂，利用其三维纳米网络骨架，在纳米尺度上将柔性的PEO与刚性的LLZTO无缝“缝合”成一个协同互锁的整体结构，成功研制出一种兼具超薄厚度、卓越机械强度与高离子电导率的复合固态电解质。该研究成果以题为“A Synergistically Interlocked Ultrathin yet Robust Composite Electrolyte for Solid-State Lithium Metal Batteries”发表于国际权威期刊Advanced Functional Materials，硕士研究生何佳乐是主要完成人，杨斌副教授是通讯作者。

  开发的复合固态电解质厚度仅约3微米，却展现出优异的综合性能。室温离子电导率高达0.68 mS/cm，锂离子迁移数提升至0.6，保障了电池的高效运行与快速充放电能力；电化学稳定窗口拓宽至5.7 V（vs. Li⁺/Li），可直接匹配高能量密度的NCM811等高电压正极材料；拉伸强度约20 MPa，且耐180度反复折叠，远超传统聚合物复合固态电解质，具备优异的抗枝晶穿刺能力；在180℃高温下不熔化、不变形，且具备优异的阻燃特性，热安全性能突出。在电池测试中，基于该电解质的锂对称电池实现了超过2500小时的稳定循环；匹配磷酸铁锂正极的全电池在室温下0.5C倍率循环1000次后，容量保持率优异；电池在高达10C的极端倍率下仍能稳定工作，展现出卓越的倍率性能；组装的软包电池在折叠、剪切甚至穿刺等严苛滥用条件下，仍能稳定供电；与高质量负载的正极（8 mg/cm2）及高电压NCM811正极均能稳定循环，满足了高能量密度电池的设计要求。

  该项研究不仅成功制备出一款性能卓越的复合电解质，更提供了一种普适性的“分子桥接”界面工程设计策略，其所展现的超薄、强韧、高导、安全、宽温域兼容等特性，集成了下一代储能系统对核心材料的核心诉求，具有较大的科学意义与产业应用价值。

  杨斌副教授先后入选“2023-2025年度全球前2%顶级科学家榜单”、“中国造纸学会青年蔡伦科技奖”、“陕西省青年科技新星”、“陕西省优秀博士后创新创业人才”、“陕西科技大学青年拔尖人才”。长期聚焦轨道交通、航空航天等高端领域对先进绝缘、轻质高强蜂窝、耐高温电池隔膜、柔性电磁屏蔽材料的重大需求，从事高性能纸基功能材料研究。近年来围绕先进纳米纤维基功能材料可控制备与应用开展了开创性研究，仅在Adv. Funct. Mater.，ACS Nano，Nature Commun上发表自然指数期刊论文10余篇，其中ESI热点、高被引论文8篇次，被引4000余次，在该领域产生了较大的影响力。

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