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08
2026
-
06
Small：用“质子化”解锁Kevlar膜结构调控新能力
作者：
研究背景
凯夫拉芳纶（对位芳纶）纳米纤维（KANF）因其优异的力学性能、电绝缘性、化学稳定性和本征阻燃特性，成为构建高性能纳米纤维膜的重要基础材料。KANF膜不仅继承了上述优点，还形成了独特的三维孔结构，在能源存储、膜分离、生物组织工程及防护材料等领域展现出广阔的应用前景。在这些应用中，膜的孔结构（如孔隙率和孔径）是决定其功能表现的关键因素。例如，电池隔膜需要在保证高离子传导的同时有效抑制锂枝晶生长，而分离膜则要求孔径均匀以实现高选择性与高通量。因此，实现对KANF膜孔结构的*调控，尤其是大范围可调地设计孔径与孔隙率，是提升其在目标应用中性能的核心需求。
然而，KANF膜孔结构的*调控面临根本性挑战，主要源于KANF自身的高稳定性及其在加工过程中强烈的纤维间相互作用。传统制备方法，如静电纺丝，存在效率低、需添加助纺剂等问题；真空辅助过滤易导致膜结构致密，难以获得大孔径和高孔隙率；而冷冻干燥等非常规干燥技术虽可制备高孔隙率气凝胶膜，但工艺复杂、效率低，难以规模化生产。目前，基于质子化反应诱导相转化的方法受到关注，但常规质子溶剂（如水、醇、酸）易与KANF形成强氢键网络，导致形成水凝胶，在常压干燥过程中发生严重收缩和纤维堆积，最终只能获得孔径小于50 nm、孔隙率低于50%的受限孔结构。因此，如何在相转化过程中构建弱纤维-溶剂相互作用，实现对KANF自组装行为的可控调节，是突破当前孔结构调控瓶颈的关键科学问题。
本文摘要
凯夫拉芳纶（对位芳纶）纳米纤维（KANF）膜在能源存储、分离和生物医学等领域具有广阔的应用前景。然而，由于加工过程中 KANF 之间强烈的相互作用以及不受控制的自组装行为，导致其孔结构难以*调控，从而限制了这种潜力。在本研究中，开发了一种*质子化策略来控制 KANF 的自组装，从而实现孔结构可调的 KANF 膜的连续生产。通过乙酸乙酯的目标水解反应，选择性地为去质子化的酰胺基团提供质子，有效抑制了相转化过程中 KANF 与溶剂之间的强相互作用，从而促进了 KANF 的可控自组装。这种可控自组装方法所制备的膜具有广泛可调的孔隙率（56-87%）和孔径（20-800 nm），并且可通过常压干燥实现，使其适用于多种应用场景。作为概念验证，将不同孔径的 KANF 膜用作锂电池中聚合物电解质的隔膜和结构骨架，展示了其优异的适应性和电化学性能。这些发现凸显了可调控的 KANF 膜结构在满足广泛先进能源存储应用性能要求方面的潜力。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/e04TYfoRnp4JyXxxSnf6Lw
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