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14
2026
-
07
Nat. Chem. Eng.: 从“黑箱”到可设计，界面流变学驱动聚酰胺膜构筑
作者：
背景
聚酰胺（PA）薄膜复合膜作为海水淡化与纳滤分离的核心材料，长期以来依赖界面聚合（IP）这一经典方法制备。然而，尽管该技术已实现工业化应用，其成膜过程却始终被视为“黑箱”：单体在水/油界面的传质、反应与界面不稳定性高度耦合，使得膜结构演化难以预测与调控。在实际IP过程中，单体跨界面扩散会诱发复杂的流体不稳定现象，形成皱褶或脊状微结构。这些结构并非简单缺陷，而是直接决定膜的通量与选择性平衡。然而，传统调控策略多依赖经验性添加剂（如表面活性剂、纳米颗粒等），缺乏统一的物理描述，导致性能提升往往不稳定、不可放大。如何从物理本质上理解并调控界面结构演化，成为突破膜性能瓶颈的关键。
创新
近日，东华大学冯训达研究员团队联合美国莱斯大学Menachem Elimelech院士将“界面流变学”引入界面聚合体系，揭示界面黏弹性质是决定膜表面形貌与结构尺度的核心物理参数。通过引入光响应两亲分子，在紫外光调控下实现对水/油界面流变性质的*调节，在保持界面张力基本不变的前提下，独立操控界面黏度与弹性响应。研究建立了界面流变性质与流体不稳定结构之间的定量关系：界面黏度越高，对界面扰动的阻尼作用越强，从而抑制小尺度结构形成，得到更均一、尺度可控的宏观脊状结构。基于这一机制，实现了聚酰胺膜表面形貌的“物理编程”，其特征尺度与界面流变参数呈单调关联。最终构筑的膜在保持高选择性的同时显著提升水通量，实现了高达99.8%的Na₂SO₄截留率与44.15 L·m⁻²·h⁻¹·bar⁻¹的优异渗透性能。
意义
该工作突破了传统“经验驱动”的膜设计范式，提出以界面流变学为核心的物理调控策略，将界面聚合从不可控的复杂过程转变为可预测、可设计的结构构筑过程。这一“物理驱动”的设计理念不仅为聚酰胺膜性能优化提供了统一理论框架，也为界面工程领域带来新的方法论：通过调控界面力学响应，实现跨尺度结构的构筑。更重要的是，该策略已在模块尺度验证其可放大性，为高性能膜材料从实验室走向工业应用提供了可行路径。面向未来，这种基于界面流变调控的结构设计思路，有望推动新一代分离膜的发展，为全球水资源短缺问题提供更加可靠和可持续的技术解决方案。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/1OlE5cW6M2nNbIrgrT8VAQ
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