摘要：自从聚苯并苯并异恶唑（PBO）纤维发明并商业化以来，由于其优异的性能，在军事和航空航天工业的应用中取得了许多突破。特别是PBO纳米纤维不仅保留了PBO纤维的高性能，而且具有令人印象深刻的纳米特性和良好的可加工性，在极端情况下得到了广泛的应用。然而，目前还没有综
张美云、杨斌团队ACS Nano | PBO纳米纤维的制备、特性及其应用研究进展
自从聚苯并苯并异恶唑（PBO）纤维发明并商业化以来，由于其优异的性能，在军事和航空航天工业的应用中取得了许多突破。特别是PBO纳米纤维不仅保留了PBO纤维的高性能，而且具有令人印象深刻的纳米特性和良好的可加工性，在极端情况下得到了广泛的应用。然而，目前还没有综述全面总结了PBO 纳米纤维的制备、应用和潜在挑战。
基于此，陕西科技大学张美云教授，杨斌副教授团队发表综述，总结了PBO纳米纤维的制备方法，包括 1D 纤维、2D 薄膜/纳米纸和 3D 凝胶。介绍了PBO纳米纤维基先进材料的构筑策略及其多元化应用研究进展。PBO 纳米纤维出色的机械、绝缘和热稳定性特性有助于其在热保护、电绝缘、电池和柔性可穿戴设备方面的广泛应用。最后，强调了PBO 纳米纤维制备和应用的前景和挑战。相关研究内容以“Poly(p-Phenylene Benzobisoxazole) Nanofiber: A Promising Nanoscale Building Block Toward Extremely Harsh Conditions”为题目，发表在期刊《ACS Nano》上。
图1. PBO纤维和PBO纳米纤维的性能及研究现状
PBO纳米纤维在一维纤维、二维薄膜、三维气凝胶等领域均有涉猎，尤其在功能薄膜类材料应用广泛，包括隔热阻燃、复合增强、电气绝缘、电池隔膜、电磁屏蔽、吸波、柔性传感等领域（图2，图3）。
图2. PBO纳米纤维基多维度材料构筑
PNFs 基先进材料的构建策略
1D 纤维：通过湿纺将纳米纤维重构为 1D 纤维，可提高其性能。PNFs 制备的 1D 纤维具有柔韧性等优点，未来可通过微流体纺丝等技术精确控制纤维形状和尺寸。
2D 薄膜 / 纳米纸：可通过刀片铸造、喷涂、过滤等方法制备。实现 PNFs 的取向对提高 2D 材料机械强度至关重要，可通过设计纳米片组装策略等方法实现。
3D 凝胶：主要是气凝胶，具有超低密度、高孔隙率等优点。制备方法包括溶剂交换、超临界干燥、冷冻干燥等。但目前 PNF 基 3D 材料发展受限，且原材料和试剂昂贵，大规模制备面临挑战。
图3. PBO纳米纤维的应用
PNFs 在极端条件下的应用
阻燃和隔热：PNFs 具有良好的阻燃和隔热性能，可用于构建热绝缘材料，在热管理方面表现出色。
电绝缘和散热：PNFs 可满足柔性电子设备对机械强度和绝缘性能的要求。
电磁防护：可用于解决电磁污染问题，在电磁屏蔽和吸收方面表现出良好性能。
结构增强：PNFs 可改善 PBO 纤维的机械交织性，提高材料机械强度，为材料增强提供了新思路。
图4. PBO纳米纤维未来研究方向
总结
PBO纳米纤维可以通过自下而上（静电纺丝、自组装、结晶）方法获得，也可以通过自上而下（机械叩解、质子化）方法制备。其中，质子化方法不仅操作简单，最终得到的PBO纳米纤维还保留了原始宏观PBO纤维优异的耐温性能、绝缘性能和力学强度，得到研究者的广泛关注。PBO纳米纤维经过进一步加工可以制备1D纤维、2D薄膜和3D气凝胶，这些不同维度的材料均发挥了PBO纳米纤维本身所具有的优异力学强度，阻燃性能，电气绝缘性能等。
通过与其他纳米材料复合，也可实现在阻燃隔热、电气绝缘、电磁屏蔽、吸波、结构增强、电池隔膜、柔性穿戴等领域的应用。未来，相信随着科学技术的进步，PBO纳米纤维作为一种极具应用前景的纳米构筑单元，在聚焦其高效可控低成本制备、规模化生产及多元化应用研究的基础上，将在更多领域实现应用价值（图4）。
相关论文发表在期刊ACS Nano上，陕西科技大学大学硕士研究生袁宝龙为文章第一作者，杨斌副教授、张美云教授为通讯作者。
通讯作者信息：
杨斌，副教授、硕士生导师，香港大学博士后，主要从事高性能纳米纤维基功能材料。入选“2023、2024年度全球前2%顶尖科学家榜单”，获得“中国造纸学会蔡伦青年科技奖”、“陕西省青年科技新星”和“陕西省优秀博士后创新创业人才”等称号。作为负责人主持国家自然科学基金、国家重点研发计划子课题、中国博士后科学基金特别资助项目等10余项。研究成果获得国家科技进步二等奖1项（排名第4），教育部/陕西省科学技术一等奖4项。近五年在Nat. Commun., Adv. Funct. Mater, ACS Nano等期刊发表论文40余篇，被引3000余次。
张美云，教授、博士生导师，陕西科技大学轻工技术与工程学科带头人，国家“十三五”重点研发计划首席科学家、国家“万人计划”教学名师、全国优秀科技工作者、“中国造纸蔡伦科技奖”获得者、陕西省有突出贡献专家。先后主持完成了国家863计划、国家自然科学基金等项目20余项。获得国家科技进步奖二等奖2项，教育部/陕西省科学技术奖励一等奖5项；授权国家发明专利70余件；主编出版专著7部，发表高水平学术论文300余篇。
转载自 ACS 期刊资讯
来源：郭子聊科学