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跨尺度机械互锁聚乳酸纳纤膜的界面构筑及多功能协同

CSMI-PLA纳纤膜的低阻过滤性能及协同捕集机制

8月4日，国际权威学术期刊《Advanced Materials》（Nature Index期刊，影响因子：29.1）在线发表了我校安全工程学院何新建教授团队的研究成果。论文题为“Record selectivity of SO₂ by molecularly gated sieving membranes having cross-scale mechanically interlocked nanofibers”。论文第一作者为我校安全2025级博士生汪少振，研究工作由何新建教授和徐欢副教授共同指导，并获国家重点研发计划项目、国家自然科学基金等资助支持。

深地工程作业环境复杂严苛，常伴随高湿、高粉尘及多组分有毒有害气体共存等问题。如何在极端条件下实现PM颗粒物的高效过滤、毒害气体的精准选择性分离，同时具备无源状态感知能力，已成为深地安全防护和先进分离膜材料领域的前沿挑战。针对这一难题，团队创新性提出“跨尺度机械互锁”策略。研究团队采用非对称相分离静电纺丝技术，构筑具有多级结构的聚乳酸纳米纤维网络。由此制得的CSMI-PLA复合膜，在高湿、高尘及多元气体共存等恶劣环境中，仍能保持稳定的选择性分离性能和无源感知能力，展现出良好的应用前景。

研究阐明了CSMI-PLA纳纤膜的核心设计原理，并提出“可编程纤维界面”构筑概念：以非对称相分离静电纺丝构建多孔PLA骨架；多巴胺渗入纤维表面氧化聚合形成PDA，通过儿茶酚/氨基与PLA羟基、羰基的动态氢键网络形成一级互锁界面；纤维活性表面凹凸位点富集金属离子，诱导hetero-MOF局域成核与外延生长，与聚合物形成“榫卯”式二级互锁界面。由此，传统平面接触界面被三维机械锚定节点取代，界面应力可沿分子键合、纳米晶和纤维网络逐级传递与耗散。

本研究以可降解PLA骨架为基础，提出PDA氢键黏附与hetero-MOF配位–拓扑缠结协同的跨尺度互锁策略，构筑“分子键合–纳米咬合–微米网络”三级贯通结构。该材料在高流量、高湿、含尘等多组分条件下，兼具PM_0.3高效过滤、SO₂/N₂创纪录选择性及稳定循环分离能力。该策略推动柔性功能层由二维界面黏附转向三维拓扑锚定，为多孔晶体功能层的长效集成提供了通用界面范式，并为工业净化、呼吸防护及智能穿戴膜材料设计奠定基础。

原文链接：https://doi.org/10.1002/adma.74439