《Advanced Materials》：耐极端温度环境的高强高韧PI纤维在航空航天或沙漠等极端环境中，长期直面极端高温与低温的材料米乐M6，必须具备卓越的轻质特性、出色的热稳定性以及无可挑剔的机械可靠性，以确保人员与装备的安全。高强度通常象征着材料在抵抗塑性变形方面的非凡能力，而高韧性则体现了其卓越的抗断裂与耐损特质。然而，同时具备这两种属性的材料在自然界中较为罕见，因为高强度和高韧性往往难以同时达到。

　　尽管当前的高性能聚合物纤维展现出了轻质、高强度与高韧性的完美结合，但其在极端温度条件下的表现仍受到挑战。一旦温度超过100 °C，这类纤维可能会因玻璃化转变或热降解而导致结构崩溃和强度降低；而在低于-100 °C的严寒中，则可能出现分子冻结的现象。这些温度限制无疑影响了聚合物纤维在极端环境下的强度与韧性稳定性，而这两点恰恰是其在此类应用中不可或缺的关键性能。因此，研发能够克服这些局限性的新材料，将是未来科技发展的重要方向。

　　近日，天津大学封伟教授领导的有机碳复合材料研究团队（FOCC）联合江西师范大学侯豪情教授、德国拜罗伊特大学Andreas Greiner教授团队，制备出了一种新型聚酰亚胺纳米纤维纱线），该纱线在极端高温和低温环境中展现出了卓越的高拉伸强度和超高韧性，更为关键的是，它在-196 °C至200 °C的宽泛温度范围内保持了热机械稳定性，这极大地拓宽了其应用场景。该工作以 “Polymeric Fibers with High Strength and High Toughness atExtreme Temperatures” 为题近日发表在《Advanced Materials》上。论文的第一作者是江西师范大学博士研究生程楚云，论文的通讯作者是天津大学封伟教授、廖孝剑教授、江西师范大学侯豪情教授以及德国拜罗伊特大学Andreas Greiner教授。

　　纱线之所以能在高低温环境下保持显著的综合机械性能，主要归功于聚酰亚胺独特的分子结构、柔性-刚性大分子的巧妙引入、多级螺旋的纤维结构以及高达248 °C的高玻璃化转变温度（图1）。这些因素的共同作用，使得纱线在极端条件下依然能够保持其卓越的机械性能。

　　作者对比了不同条件制备的PI纳米纤维纱线 ± 5%的断裂伸长率和2.3 ± 0.13 GPa的模量，性能超过了3700种各种类型的材料（图2）。

　　作者针对PI纳米纤维纱线进行了一系列详尽的性能测试。首先，在不同温度条件下，PI纳米纤维纱线展现出了卓越的机械性能（图3），其拉伸强度与韧性在-196 ℃至200 ℃的广泛温度范围内均保持优异。其次，通过模拟不同负荷下的使用情况，纱线的抗疲劳性能得到了深入研究（图4），进一步验证了其在实际应用中的可靠性。

　　作者通过X射线显微/纳米计算机断层扫描（Micro/Nano-CT）重建了PI纳米纤维纱线的微观纳米结构，研究了PI纱线在拉伸过程中纤维取向的动态行为（图5），结果表面，在拉伸过程中，纤维能够更有效地从纱线的外部向中心区域对齐，从而提高纱线的整体力学性能。

　　作者提出了一个创新的多级螺旋取向结构及其力学模型（图5），强调了在纱线加工中，适度的加捻与定捻技术不仅对于稳定纱线的多级螺旋取向结构至关重要，而且能够高效地将加捻过程中产生的能量储存于纱线之中。当纱线面临沿其长度方向的外部应力时，其内部的纤维结构能够精准地分散和吸收这些应力冲击，从而赋予纱线出色的内在韧性。同时，结合PI材料独特的刚柔相济结构，这种PI纳米纤维纱线在宽温度范围内展现出了优异的高强度与高韧性的综合性能。

　　廖孝剑，2024年2月起，就职于天津大学材料科学与工程学院功能有机碳复合材料团队（封伟教授团队），英才教授、博导米乐M6，国家高层次优秀青年人才。主要围绕纳米纤维功能基元结构和高性能纳米纤维材料宏观物理性能（力学、电学、热学、光学等）的构效关系开展前沿性的科学研究；已发表SCI论文17篇，其中以第一/通信作者在Science, Sci. Adv., Adv. Mater.等国际著名期刊发表论文9篇，受邀撰写英文专著（章节）1部，授权国际专利1项以及国内专利10项；荣获2020年度国家优秀自费留学生奖。

　　侯豪情，江西师范大学教授、博士生导师，中国复合材料学会超细纤维复合材料分会副主任委员、中国产业用纺织品行业协会静电纺丝非织造材料专业委员会副主任委员、江西省纳米纤维工程技术中心主任。江西省主要学科学术和技术带头人、井冈学者、赣鄱“555”英才领军人、江西省先进工作者、国务院津贴享受者；曾获得美国化学会优秀论文奖、江西省自然科学二等奖、江西省自然科学一等奖、第三届“江西省突出贡献人才”奖、吉林省科技进步二等奖，主要从事高性能聚合物、静电纺丝和电纺纤维、介电高分子材料、高性能复合材料、锂离子电池、超级电容器等领域的研究。

　　封伟，天津大学二级教授、博士生导师。是天津市131创新团队负责人、教育部-装备预研创新团队负责人。担任第七、八届教育部科技委学部委员，中国复合材料学会常务理事，中国复合材料学会导热复合材料专业委员会首任主任委员，中国材料研究学会高分子材料与工程分会常务理事等职。主要从事功能有机碳复合材料及其应用研究。主持国家自然科学基金重大科研仪器项目、国家自然科学基金重点项目、国家杰出青年基金项目、国家科技部重点研发、国家预研重点基金以及国家创新重点项目等50余项。入选国家级科技创新领军人才米乐M6，科技部中青年创新领军人才，天津市杰出人才，天津市海河英才，教育部新世纪优秀人才等人才计划。英国皇家化学会会士（FRSC），日本JSPS学术振兴委员会高级访问学者，享受国务院政府特殊津贴。曾获中国化学会优秀论文奖、天津市青年科技奖、全国科技工作者创新创业大赛银奖等。研究成果在Chem. Soc. Rev.、Nat. Comm.、Sci. Adv.、Adv. Mater.、Prog. Mater. Sci.、ACS Nano、Matter等期刊上发表文章280余篇，出版英文专著2部，出版“十四五”国家重点出版物规划项目1部，授权中国、美国、日本等国发明专利90余项。以第一完获得教育部、天津市和中国复合材料学会科学技术一等奖共5项。

　　FOCC研究室长期招聘具有有机化学、高分子合成、智能材料、导热材料、光热能源、氟碳材料、纤维材料、柔性电子、计算化学、深度学习等相关专业研究背景的硕士研究生、博士研究生和博士后。请将个人简历(包括基本情况、教育和工作经历、科研工作概述、论文发表情况等)以及证明本人能力、水平的相关资料汇总成一份PDF文档,以“姓名+申请岗位”为主题发送至邮箱：秦盟盟老师：廖孝剑老师：.cn