高性能膜材料仿生制备新原理、技术及应用

    高性能膜材料是国家战略新兴产业亟需的关键战略材料，如何精准调控其结构与性能至关重要。液滴可控铺展是高性能膜材料制备及应用中的关键步骤，也是表界面化学领域的基本科学问题之一。围绕液滴铺展的调控机制，从促进液滴三相线（即气/液/固）的快速移动出发，提出基于准液态界面调控液滴铺展的新原理，开发高性能膜材料规模化制备新技术，构筑系列高性能膜材料，探索其在高安全二次电池、高效海水淡化等领域的应用。

      (1) 液滴超铺展新原理：利用凝胶表面的准液态特性，实现了油/水凝胶水滴超铺展，水/油凝胶多种油滴（有机溶剂和高分子单体）超铺展；构筑具有微米沟槽结构的水凝胶表面，实现了水滴定向超铺展（Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 3615；Small Methods 2024, 8, 2300221）。

      (2) 二维纳米片超快有序组装新技术：利用液滴超铺展过程中产生的快速剪切流体，发展了一种实现二维纳米材料有序组装新技术。利用高分子快速交联，同步实现了取向结构的原位快速固定。将单一液滴超铺展扩展为多通道的连续超铺展，实现了一系列层状结构功能性纳米复合薄膜的连续大规模制备（Nature 2020, 580, 210；ACS Appl. Mater. Interfaces 2024, 16, 14162; Chem. Commun. 2024, 60, 13344）。

      (3) 高性能膜材料可控制备新技术：将反应物引入到该液/液/凝胶体系中，发展了基于液滴超铺展/微流控层流的高性能膜材料可控制备新技术，利用界面反应或者体相反应，开发系列结构可控的功能性高分子薄膜（Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 3615; Adv. Mater. 2020, 32, 1907413; Giant 2022, 9, 100091; Mater. Horiz. 2024, 11, 5103）。

      (4) 高安全长寿命锂电池隔膜：开发了孔结构精准调控的聚偏氟乙烯（PVDF）、聚酰亚胺(PI)和芳纶纳米纤维(ANF)基电池隔膜，通过协同调控隔膜的孔结构、力学性能、热稳定性等，有效抑制锂枝晶生长，提高锂电池安全性和循环寿命等电化学性能，为开发高安全长寿面锂电池提供了新的解决方案（Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202215906；Chem. Eng. J. 2024, 487, 150709；Small 2024, 20, 2311219；Small 2024, 20, 2404639）。