首次！中国学者突破瓶颈问题，登上Nature子刊

摘要：近日，东华大学丁彬教授、刘一涛教授首次合成了一种具有线性结构的无机分子长链，并利用其纺丝创制了具有柔/弹特性的陶瓷纳米纤维材料，实现纤维各项力学属性的全面增强。研究成果发表于国际知名期刊Nature Communications中，获国家自然科学基金与上海市自

陶瓷是人类社会不可或缺的重要材料，但其固有的脆性与不可变形性却严重制约了其在前沿技术中的应用。

近日，东华大学丁彬教授、刘一涛教授首次合成了一种具有线性结构的无机分子长链，并利用其纺丝创制了具有柔/弹特性的陶瓷纳米纤维材料，实现纤维各项力学属性的全面增强。研究成果发表于国际知名期刊Nature Communications中，获国家自然科学基金与上海市自然科学基金等项目的支持。

在高速飞行器的热防护涉及剧烈冲击和高频振动的力学环境，柔性可穿戴设备则需要承受反复的扭曲或弯折应力等应用场景中，要求陶瓷元件集高强度、大弯曲应变甚至塑性变形于一体，但这对于传统陶瓷材料而言是难以想象的。

因此，研究团队设计了一种金属醇盐单体的配位改性与受限水解-缩聚的反应新路线，制备出具有线性结构的无机分子长链。以钛体系为例，所合成的线性无机分子长链溶胶可直接用于静电纺丝（“自模板”方法），有效突破了传统制备路线中严重依赖聚合物模板的瓶颈问题。

基于线性无机分子长链创制双相结构陶瓷纳米纤维示意图

此外，研究团队进一步提出了基于界面成核调控的结晶/非晶双相结构陶瓷纳米纤维的成型方法，所得的双相结构氧化钛（TiO2）纳米纤维拉伸强度可达1.06 GPa、拉伸应变极限为8.44%，且表现出极佳的弯曲柔性（曲率半径）。具有致密无缺陷的形貌和纳米晶均匀分布的弥散化结构，使陶瓷单纤维兼具高强度、优异柔性与室温塑性。

陶瓷纳米纤维材料的柔/弹特性展示

丁彬，东华大学科研院院长，爱思唯尔中国高被引学者。主要从事功能纤维材料的成型理论和结构设计及其在防护服装、环境保护、柔性能源、生物医用、食品安全、土工建筑等领域的应用研究工作。曾获美国纤维学会“杰出成就奖”、上海市科技进步一等奖、中纺联科技进步一等奖等众多奖励及荣誉。

刘一涛，东华大学研究员，博士生导师。主要研究无机纳米纤维基柔性能源及催化材料，曾以课题负责人的身份主持国家重点研发计划、国家自然科学基金、上海市自然科学基金、东华大学“励志计划”等项目，发表了几十篇一区期刊论文。

两位教授并非第一次合作发表论文，2025年2月，他们提出了一种羧酸配体调控铝胶粒生长的策略，以获得晶粒细小且致密的α-Al₂O₃纳米纤维。该项研究有望为高温条件下氧化铝基陶瓷纤维的结构优化以及性能提升提供新的启发。相关成果发表在ACS Nano中。

α-Al₂O₃纳米纤维的设计图源：纺织导报

2023年11月，丁彬教授和刘一涛教授提出了一种多尺度低维纳米碳材料的空间限域组装策略，以实现热量和应力传递的解耦合。通过在1D纳米纤维框架表面限域生长0D纳米颗粒形成准封闭细胞壁，提供2D物理传热屏障，同时作为组装成Y型微节点的基本要素，传播到分层细胞结构中，由此制造出具有理想机械鲁棒性和隔热性能的双元全碳气凝胶（BCAs）。成果发表在Advanced Materials中。