納米纖維薄膜的案例
唐本忠院士/王東副教授Biomaterials：負載AIE光敏劑的納米纖維薄膜用于光動力和光熱效應協同的生物防護
共聚焦熒光顯微鏡的結果表明TTVB被均勻的負載到了納米纖維中，對納米纖維的微觀結構和尺寸沒有明顯影響。此外，TTVB@NM也具有較強的ROS 產生能力以及溫和的光熱效應，有利于實現光動力/光熱協同的抗菌。
圖3. 負載TTVB的納米纖維薄膜的微觀結構、活性氧產生能力、過濾效率、透氣性以及表面接觸角表征。
作者使用氣溶膠發生器制備了直徑為1 ~ 5 μm的含有致病微生物的微小顆粒以模擬人類打噴嚏或咳嗽時產生的氣溶膠（圖4），進而研究了TTVB@NM對致病氣溶膠的攔截能力。結果表明，TTVB@NM表面附著了很多病原菌，且薄膜的下表面沒有病原菌穿過。進一步的，作者將含有多種病原微生物的氣溶膠噴到薄膜表面，然后將其置于日光下輻照5或者10分鐘，結果表明，TTVB@NM可在10分鐘的陽光照射下有效滅活含細菌(抑制率為99%)、真菌(抑制率為88%)和噬菌體(抑制率為99%)的致病性氣溶膠。
圖4. 負載TTVB的納米纖維薄膜對含有病原菌的氣溶膠的過濾能力以及在太陽光下對其表面附著的病原菌的滅活能力研究。
相關研究工作目前以“AIEgen-loaded nanofibrous membrane as photodynamic/photothermal antimicrobial surface for sunlight-triggered bioprotection”為題目發表在Biomaterials上，文章第一作者為深圳大學AIE研究中心李夢博士，通訊作者為深圳大學AIE研究中心王東副教授和香港中文大學（深圳）唐本忠院士。
展開 用于提高熱管理能力的高導熱且電絕緣的聚合物/氮化硼納米片納米復合薄膜
本文報告使用靜電紡絲，經過簡單折疊和熱壓，制備出高導熱但電絕緣的熱塑性聚合物基BNNS納米復合薄膜，具有簡單性和適應性以用于商業生產。聚偏二氟乙烯（PVDF）用作基體，BNNSs沿聚合物薄膜的面內方向取向和相互連接，使PVDF / BNNS納米復合薄膜在33wt％BNNS負載量時具有超高的面內導熱系數16.3 W/（m·K）。此外，納米復合膜具有比原始PVDF更好的電絕緣性能。通過實驗和模擬，證明了這種納米復合薄膜在電源熱管理中的潛在應用。
【圖文導讀】
圖1 PVDF / BNNS納米復合薄膜的制備方案
圖2 纖維和納米復合材料薄膜的微觀結構或形態圖
a）PVDF纖維的SEM圖像;
具有20wt％（b）和33wt％（c）BNNS的納米復合纖維的SEM圖像;
（d，e）具有33wt％BNNS的納米復合纖維的TEM圖像，d）中的插圖是互連和線性排序的BNNS的模擬形態；
具有33wt％（f）和20wt％（g）BNNS的垂直折疊的納米復合纖維的SEM圖像;
具有33wt％BNNS的納米復合膜的SEM圖像（h）和照片（i）。
展開 都柏林大學張楠、蘇大周宇陽《Nano Letters》：多級復合納米結構納米材料高效抗新冠高分子薄膜
薄膜包裝材料成為傳播新冠病毒的一個確認重要途徑。仿生微納米結構可通過物理作用‘刺破’細菌，而新冠病毒尺寸僅為100納米左右，無法直接利用微納米結構殺滅。納米銀/銅懸浮液可有效殺滅病毒。如何提高納米銀/銅在薄膜表面殺滅新冠病毒效率降低間接傳播病毒風險，建立抗新冠薄膜批量化生產技術是全球抗擊新冠疫情亟待解決的難題之一。
愛爾蘭都柏林大學助理教授張楠博士與蘇州大學周宇陽博士在《Nano Letters》期刊上發表了題為“Enhancement of Antiviral Effect of Plastic Film against SARS-CoV-2: Combining Nanomaterials and Nanopatterns with Scalability for Mass Manufacturing”的文章（DOI: 0.1021/acs.nanolett.1c02266）。本課題設計并建立了多級微納米結構抗新冠薄膜批量化生產工藝。利用研制的納米銀/銅聚乙烯醇（PVA）墨水和陽極氧化鋁（AAO）模板，分別結合超聲霧化噴涂技術和納米壓印技術（NIL），在PE和PET薄膜表面構造出經納米顆粒修飾的錐形矩陣，提高了殺滅新冠病毒的效率。
本技術優勢體現在以下三方面：
一、高效殺滅新冠病毒，多級微納米結構PE和PET薄膜可在1h內降低兩個數量級活性新冠病毒；
二、耐久性，5次模擬手摩擦實驗后，微納米結構保持完整；
三、工業化前景，原料及技術成本低，具有連續化工業生產前景。
展開 《ACS Nano》東華大學張耀鵬、吳榮亮：迄今最薄的“納米絲帶”
“材料之王”石墨烯是目前最薄、最強的材料，單層石墨烯的厚度僅有0.34納米。然而，你也許不知道傳承了幾千年的蠶絲也是由厚度僅為0.4納米的絲素纖維帶有序組裝而成的，可謂“納米絲帶”。絲巾中一根蠶絲的直徑，大約等于三萬多層絲素納米纖維帶疊加起來的厚度。
近日，國際著名期刊《ACS Nano》以全文形式報道了東華大學纖維材料改性國家重點實驗室的張耀鵬教授、邵惠麗教授團隊在蠶絲領域的重要研究成果，論文題為“單分子層厚度的納米絲帶：絲材料的潛在構筑基元”（Single Molecular Layer of Silk Nanoribbon as Potential BasicBuilding Block of Silk Materials）。該論文第一作者為博士生牛欠欠，共同通訊作者為東華大學吳榮亮副教授、紐約州立大學石溪分校Benjamin S. Hsiao教授。
蠶絲和蜘蛛絲的優異性能取決于其多級結構在介觀尺度的有序排列。作為蠶絲多級結構的基礎構筑單元，絲素納米纖維對人造蜘蛛絲等高性能絲蛋白材料的設計和構筑尤其重要。張耀鵬教授團隊利用氫氧化鈉/尿素水溶液體系，在低溫下將蠶絲逐級剝離為厚度約0.4納米、寬度約27納米的蠶絲納米纖維帶。這也是目前為止世界最薄的絲素納米纖維帶，其厚度僅為絲素蛋白的單分子層厚度，與單層石墨烯厚度相當。該納米纖維帶主要由天然蠶絲中原生的β-折疊片層、無規線團以及α-螺旋構象構成。研究者通過原子力顯微鏡、透射電子顯微鏡及小角X射線散射技術等多種表征技術確認了上述信息，并通過計算機分子動力學模擬技術，模擬了蠶絲在氫氧化鈉/尿素水溶液中剝離為絲素納米纖維的動態過程。在此基礎上，提出了全新的蠶絲多級結構模型。
蠶絲多級結構模型圖
基于絲素納米纖維帶懸浮液，該團隊制備了超薄、超韌、高透明的絲素納米纖維薄膜。
展開 
東北林大陳文帥教授和中科院納米能源所楊亞教授等綜述：基于生物聚合物納米纖維的納米發電機研究進展
多糖和蛋白質納米纖維是地球上最主要的兩種生物聚合物納米纖維，具體包括纖維素納米纖維、甲殼素納米纖維、絲納米纖維、膠原納米纖維和明膠納米纖維。生物聚合物納米纖維的制備方法主要包括：生物材料納米解纖、從小分子中生物合成和靜電紡絲。隨后，文章重點介紹了使用不同生物聚合物納米纖維作為基本構筑單元開發納米發電機的研究進展。生物聚合物納米纖維可以通過直接利用/化學改性/復合活性單元等方法來制備薄膜、納米紙、氣凝膠、泡沫等，用于納米發電機開發；通過設計使塊體材料具有優化的孔尺寸、孔結構、粗糙度、納米纖維有序排列或堆疊、復雜結構等，以進一步優化并提升納米發電機的性能和功能。近年來，生物聚合物納米纖維除了被用于研發摩擦納米發電機和壓電納米發電機外，也被逐步應用在利用濕氣或滲透能發電的發電機領域。
生物聚合物納米纖維的開發和利用在納米發電機領域具有很大的潛力，但進一步優化納米發電機的性能和功能仍面臨著許多挑戰。如何利用更有效的方法開發不同種類的生物聚合物納米纖維，如何對生物聚合物納米纖維進行化學改性引入更多類型的活性基團，如何制造更多類型生物聚合物納米纖維衍生塊體材料用于各種類型的納米發電機開發等，仍有待于后續深入研究。
原文鏈接：
https://spj.sciencemag.org/journals/research/2021/1843061/
相關進展
東北林業大學陳文帥教授：植物細胞壁納米結構與納米纖維素的化學純化處理結合機械解纖法制備
中科院納米能源所王中林院士和楊亞研究員《Sci. Adv.》
展開 ：超疏水力誘導的超快速(5秒)界面納米粒子宏觀單層自組裝及其納米薄膜工程化技術
與傳統局限性界面自組裝不同，這種組裝技術可普適到多種納米及微米粒子的快速大面積界面自組裝。不同形貌、不同種類及表面性質的貴金屬納米粒子(正電Au NPs, 負電Au NPs, Ag NPs, 納米金棒)、核殼結構(Au NPs@PANI)、氧化物(SiO2, Fe3O4)、碳材料(CNTs)、量子點(CQDs)、聚合物(聚苯乙烯微球)等均可通過這種超快速界面組裝技術，獲得宏觀大面積二維組裝結構。
圖1
.
動力學和熱力學調控的納米粒子在液
-液界面自組裝。
更有趣的是，這種單層膜均勻二維膜有讓人意想不到的轉移及轉印性能！納米薄膜制造技術是現代工程中必不可少的制造手段。黃又舉教授團隊通過一種“lift-on”策略，可實現自組裝單層膜到任意基底上的無損轉移。基于全氟修飾的納米粒子單層膜與PDMS印章的低界面能釋放速率，該單層膜在不同的基材(PDMS、塑料、玻璃、紙張等)表面都有優異的保形涂覆性能。薄膜結構的共形加工（Conformal engineering）對于實現新型結構-性能關系至關重要，為實現柔性可穿戴設備和電子的穩定傳感/驅動性能奠定了堅實的幾何結構基礎。然而，材料本身性質、可擴展性及繁瑣的加工步驟等問題嚴重制約了規模化制造的廣泛應用。針對上述難題，研究者提出了基于全氟誘導粒子界面自組裝的薄膜工程化技術手段，可實現薄膜的宏觀和微觀圖案打印（圖2a）。同時，基于液-液界面納米粒子二維膜的分子捕獲特性及強大的自愈性能，研究者制備了功能性熒光圖案，在高分辨熒光防偽的領域展現出優異的應用前景。
圖2.
展開 在靜電紡絲納米纖維上“長出”納米顆粒，用作電池陰極材料
納米顆粒通常具有與本體材料不同的光學，電學，磁學或催化性質。然而，通常納米顆粒的團聚會嚴重影響這些特殊的納米特性，因此，使納米顆粒相互分開，可以長時間地穩定其性能。
加州理工學院化學與化學工程系Giapis教授組利用無針靜電紡絲技術，通過將電解質磷酸二氫銫（CDP）與聚乙烯吡咯烷酮（PVP）或聚乙烯醇（PVA）聚合物溶液混合，并加入少量以DMF為溶劑的聚苯胺（PANI）溶液來增加樣品的電導率。在靜電紡絲后高溫熱處理納米纖維樣品，成功制得了可用于固體酸性燃料電池（SAFCs）的納米纖維電極。
在靜電紡絲過程中，DMF較低的蒸汽壓導致其不易揮發。磷酸二氫銫（CDP）由于不溶于DMF，在靜電紡絲末期易形成過飽和狀態，會在PVP或PVA納米纖維內部及表面成核結晶“長出”納米顆粒。同機械壓制磷酸二氫銫（CDP）粉末生產的陰極相比，該納米纖維電極在每個電流密度下都具有更高的電池電壓，其原因是納米纖維電極表面積（21m2/g）相比于傳統陰極表面積（2.4m2/g）更大，約為9倍。同時因為PVP和PVA在氧化還原反應中沒有活性，所以需要通過300℃高溫熱處理去除。在該實驗中，PVP與PVA不同的熱解性質導致了PVP基納米纖維相比于PVA基納米纖維具有更好的電化學性能。該方法維持了納米顆粒的分散狀態，為在納米纖維表面附著納米顆粒提供了新的思路。
該研究成果近期發表于《Nature Communications》上。
圖文速遞
圖1.靜電紡絲過程的示意圖。納米顆粒修飾的納米纖維由透明聚合物溶液一步制成，溶液中含有溶解的磷酸二氫銫（CDP）和聚合物。在浸入溶液中的旋轉電極上會形成多個泰勒錐。在收集電極上吹熱空氣，使得靜電紡絲能夠在低聚合物濃度下進行。具有CDP納米顆粒的纖維會大面積地沉積到收集電極上。
圖2.橫截面掃描電子顯微鏡（SEM）圖像。
展開 基于Comsol求解納米孔六角周期陣列薄膜電磁反射譜
金屬-陽極氧化鋁(AAO) -鋁納米結構是通過在不同的電解液中使用濺射沉積金屬層和兩步陽極氧化過程沉積的，從而生成自有序陽極氧化鋁薄膜。形貌參數厚度、孔徑、孔間距離、孔隙率等因素對AAO膜光學性能有影響。本篇以Comsol為工具分析了不同電解質的金屬-氧化鋁-鋁薄膜的UV - vis反射率隨各個形貌參數的變化。
1. 根據實際結構建模
實際制備的薄膜結構
其中主體氧化鋁膜為六角陣列納米孔
可以根據固體物理學原胞定義確定六角陣列周期單元，構建單元各部件
各零部件建立之后，利用布爾差集運算構周期單元中的空隙
添加Au基底，原胞結構完成定義
定義周期性邊界條件，僅以周期單元結構模擬整個二維無限大薄膜結構
添加端口入射電磁波
定義各區域材料屬性
網格化求解區域
設置光源計算波長范圍
利用波動光學模塊內置代碼語句實現反射率可視化
計算結果后處理，結構反射率譜線
改變結構參數可以探究形貌因素對反射率的影響
總結：comsol自帶布爾邏輯操作可以實現特殊結構的構造，利用周期邊界調節實現三維無限大結構。調用內置代碼可以實現數據后處理，可視化。
參考文獻：
Manzano, C. V.，Controlling the Color and Effective Refractive Index of Metal-Anodic Aluminum Oxide (AAO)–Al Nanostructures: Morphology of AAO，The Journal of Physical Chemistry C，2017，122：957-963
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展開 電子紙 | Nanobrick成功開發納米材料可變色全彩電子紙薄膜
CINNO Research產業資訊，基于納米粒子的先進新材料專業廠商Nanobrick成功研制出全彩色(full-color)電子紙(E-Paper)薄膜。
Nanobrick實現世界上首次成功利用光晶體成功開發全彩色電子墨水，但由于薄膜化限制，在擴大應用上存在限制。通過此次薄膜研發，成功制作納米材料可變色薄膜，加快了全彩色電子紙的商業化進程。
Nanobrick公司1月19日表示，其成功研制了全彩色(full-color)電子紙(E-Paper)薄膜。
“電子紙是全球性公司數十年來通過大規模投資推動商業化的，”Nanobrick相關人士表示，“但目前只有唯一一家公司EIH（E Ink Holdings Inc.）成功實現商業化，是一項高難度技術。”
并稱“競爭公司的話，通過粒子的移動實現顏色的方式，需要復雜的圖案工藝和驅動板”，“而本公司的原創技術只需要調節納米粒子的間距，就可以實現全彩色，使膜本身實現顏色可變”。
目前市場上不斷在強調電子紙的價值。代表性地是，近期BMW在“CES 2022”展會上，曾公開在車表面涂布電子紙，實現顏色可變的汽車，引起業界廣泛關注。
展開 碳納米管薄膜讓電量提升3~5倍
這項電池技術的突破，集中在一種穿上碳納米薄膜的新型陽極材料上。
好消息是，萊斯大學的科學家們，已經找到了一種讓當前廣泛使用的鋰離子電池容量成倍提升的好方法。
此前，有實驗室借助過凱夫拉纖維來限制晶枝的生長、或者使用全新類型的電解質（攜帶電荷的化學溶液）。
早在去年的時候，萊斯大學的同一研究團隊，就已經開發出了一種用瀝青制成的鋰金屬電池。它的充電速度更快、且對晶枝的形成有更強的抵抗力。
現在，研究團隊更進了一步，將碳納米薄膜引入其中。它被用于涂覆電池的鋰金屬陽極，用于更有效地浸沒晶枝，類似于拿重物壓草坪、以抑制雜草。
對比圖：右側為沒有碳納米管薄膜來限制鋰晶枝的金屬陽極。
這種薄膜從陽極吸收鋰離子，并在充電過程中分配它們。但所有這些，都不會影響電池的充電速率。研究合著者 Rodrigo Salvatierra 表示：
碳納米管薄膜的作用，是將沉積的金屬鋰散布開來，從而形成一個沒有晶枝的光滑層。
這樣的改進，并不會限制此類電池的充電速率、甚至放心地運用高倍率充放電。
在將新組件部署到去年的瀝青-鋰電池后，研究人員發現其在超過 580 次循環后，依然能夠防止晶枝的生長。此外電池的庫倫效率保持在 99.8%，成品也更易于打造。
左一起為萊斯大學化學家 James Tour、研究生 Gladys López-Silva、以及博士后研究員 Rodrigo Salvatierra 。
不過 Salvatierra 解釋到：與早先的瀝青電池相比，它有一些不同的地方。
首先，我們用碳納米管薄膜來修飾固態的鋰金屬箔，這兩種材料早已做好了被電池所用的準備。
展開 10英寸超大尺寸復合納米薄膜用于耐溫柔性超級電容器
中國石油大學(華東)臧曉蓓和清華大學康飛宇、朱宏偉等人近期在Science China Materials上發表論文，他們制備了面積高達550 cm2(常規尺寸的29倍)的石墨烯/碳納米管/錳氧化物(rGO/CNT/MnOx)復合薄膜，并將其用于耐溫柔性超級電容器。該電極材料的性能取決于復合薄膜中石墨烯、碳納米管和錳氧化物的比例，其中，MnOx賦予其高比電容。此柔性超級電容器可在?20~200°C溫度區間內保持良好的電化學性能和柔性，表現出優異的穩定性。該工作為復合納米材料薄膜的大批量制備和適用于寬溫度區間的柔性超級電容器的發展奠定了基礎。
圖1 超級電容器的柔性
該研究成果最近發表于Science China Materials, 2018, doi: 10.1007/s40843-018-9399-3。
展開 
具有三維結構的高導熱絕緣PI/BNNS@rGO復合薄膜
由于具有較大的比表面積和豐富的邊基，氮化硼納米片BNNS在聚合物基質中的分散性和相容性方面往往比未剝離的hBN具有前所未有的優勢。然而，剝離后的BNNS橫向尺寸僅為100 nm，厚度達到10 nm。因此，制備厚度均勻、產率高的高質量BNNS對于制備具有高導熱性能的柔性復合膜具有重要意義。
近年來，高性能PI納米纖維薄膜在導熱領域得到了廣泛的研究。以及利用氧化石墨烯/膨脹石墨復合制備了具有高導熱性的多層電磁干擾屏蔽柔性薄膜。根據其他研究結果表明，通過在BNNS之間建立橋梁來提高復合材料的導熱性仍然是一個挑戰。
02
成果掠影
近期，天津工業大學的范杰教授聯合中原工學院的何建新教授在制備柔性高導熱納米復合材料取得新進展。采用水熱法和球磨法對NaOH-LiCl水溶液進行分離，得到了大尺寸(1 ~ 1.5 μm)、超低厚度(2 nm)、高收率(80%)的BNNS。提出了一種簡單的電紡絲-電噴涂技術，用于制備具有雙組分納米片填充納米纖維三維橋接結構的高導熱絕緣納米復合膜。通過闡明雙組分多通道三維網絡的導熱機理，優化納米片納米纖維膜的堆疊結構，與PI/50BNNS相比，PI/50BNNS@2.5rGO納米纖維復合膜的力學性能提高了168%。這是由于BNNS和rGO之間的堆積效應和界面相互作用。此外，BNNS與還原氧化石墨烯之間的協同效應降低了有效聲子散射，從而降低了界面熱阻。隨著BNNS含量的增加，獲得了類似天然珍珠質的層狀微觀結構。在這種結構中，rGO作為連接相鄰堆疊的BNNS層的橋梁，使得PI/ 50BNNS@2.5rGO納米復合紙的面內導熱系數達到16.92 W/m?K。該復合材料具有優異的電絕緣性能、較高的熱穩定性和良好的熱管理性能，是先進領域大功率集成器件電子封裝的候選材料。
展開 浙江大學徐志康教授團隊Angew：烷烴-離子液體界面聚合制備納米聚酰胺薄膜
進一步，研究者通過精細選擇單體種類、調控單體濃度，制備出了一系列孔徑在埃尺度可設計的高交聯度超薄聚酰胺納米薄膜（厚度低至4.3 nm，交聯度可達96.2%），這些薄膜在水相反滲透、水相納濾、有機納濾和氣體分離領域表現出高滲透性和選擇性。
圖3. 可設計孔徑的聚酰胺納米薄膜的分離性能。圖片來源：Angew. Chem. Int. Ed.
這一成果近期發表在
Angewandte Chemie International Edition 上，文章的第一作者是浙江大學博士研究生
劉暢和杭州師范大學青年教師
楊靜博士。
中科院金屬所米級單壁碳納米管薄膜的連續制備取得進展！
單壁碳納米管薄膜光電性能：（a）透光率面分布；（b）方塊電阻面分布；（c）薄膜性能的對比。
全碳邏輯門和環形振蕩器：（a）異或門；（b）異或門光學照片；（c）異或門輸入輸出特性曲線；（d）101階環形振蕩器光學照片；（e）101階環形振蕩器輸入輸出曲線。
這是研究人員首次開發出米級長度的單壁碳納米管薄膜的連續生長、沉積和轉移技術，所制備的單壁碳納米管薄膜及其晶體管具有優異的光電性能，為未來開發基于單壁碳納米管薄膜的大面積、柔性和透明電子器件奠定了材料基礎。單壁碳納米管薄膜的連續制備技術已獲得中國發明專利（ZL201410486883.1），相關論文于近日在《先進材料》（Advanced Materials）在線發表。
碳纖維布https://www.hongyantu.com/index.php?r=new%2Fview&id=2482
展開 鋰電新突破：碳納米管薄膜包覆陽極 電量提升3~5倍
這項電池技術的突破，集中在一種穿上碳納米薄膜的新型陽極材料上。
好消息是，萊斯大學的科學家們，已經找到了一種讓當前廣泛使用的鋰離子電池容量成倍提升的好方法。
此前，有實驗室借助過凱夫拉纖維來限制晶枝的生長、或者使用全新類型的電解質（攜帶電荷的化學溶液）。
早在去年的時候，萊斯大學的同一研究團隊，就已經開發出了一種用瀝青制成的鋰金屬電池。它的充電速度更快、且對晶枝的形成有更強的抵抗力。
現在，研究團隊更進了一步，將碳納米薄膜引入其中。它被用于涂覆電池的鋰金屬陽極，用于更有效地浸沒晶枝，類似于拿重物壓草坪、以抑制雜草。
對比圖：右側為沒有碳納米管薄膜來限制鋰晶枝的金屬陽極。
這種薄膜從陽極吸收鋰離子，并在充電過程中分配它們。但所有這些，都不會影響電池的充電速率。研究合著者 Rodrigo Salvatierra 表示：
碳納米管薄膜的作用，是將沉積的金屬鋰散布開來，從而形成一個沒有晶枝的光滑層。
這樣的改進，并不會限制此類電池的充電速率、甚至放心地運用高倍率充放電。
在將新組件部署到去年的瀝青-鋰電池后，研究人員發現其在超過 580 次循環后，依然能夠防止晶枝的生長。此外電池的庫倫效率保持在 99.8%，成品也更易于打造。
左一起為萊斯大學化學家 James Tour、研究生 Gladys López-Silva、以及博士后研究員 Rodrigo Salvatierra 。
不過 Salvatierra 解釋到：與早先的瀝青電池相比，它有一些不同的地方。
首先，我們用碳納米管薄膜來修飾固態的鋰金屬箔，這兩種材料早已做好了被電池所用的準備。
其次，在瀝青衍生的電極中，鋰金屬必須進行電化學沉積，才能在完整的電池裝置中使用。
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