摘要：对极地、深海和太空的探索一直是人类关注的焦点，这为开发能满足超高/低温、腐蚀、辐射等极端环境要求的先进材料带来了机遇和挑战。聚对苯撑苯并二噁唑纤维（PBO纤维）作为高性能纤维之一，在比强度和比模量、耐热性、耐化学腐蚀性、阻燃性等方面具有显著优势，其拉伸强度5.

[背景介绍]

对极地、深海和太空的探索一直是人类关注的焦点，这为开发能满足超高/低温、腐蚀、辐射等极端环境要求的先进材料带来了机遇和挑战。聚对苯撑苯并二噁唑纤维（PBO纤维）作为高性能纤维之一，在比强度和比模量、耐热性、耐化学腐蚀性、阻燃性等方面具有显著优势，其拉伸强度5.8GPa,模量270GPa，热分解温度650℃，极限氧指数达到了68%，因综合性能优异被称为“超级纤维”，自问世以来就受到了人们的广泛关注（图1）。然而，PBO纤维的化学结构惰性限制了PBO纤维的应用。幸运的是，PBO纳米纤维弥补了宏观PBO纤维存在的缺陷，其具有独特的纳米尺度结构、高长径比，能够形成高度互联的多孔网络结构，同时保留了PBO纤维优异的力学强度和耐温性能，还具有理想的溶液加工性能，是一种极具发展前景的纳米纤维材料。

图1. PBO纤维和PBO纳米纤维的性能及研究现状

[文章亮点]

近日，陕西科技大学张美云教授，杨斌副教授团队总结了PBO纳米纤维的制备方法、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，指明其未来发展面临的挑战与机遇。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

图3. PBO纳米纤维的应用

图4. PBO纳米纤维未来研究方向

[总结/展望]

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）方法获得。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，得到广泛关注。PBO纳米纤维经过进一步加工可以制备一维纤维、二维薄膜和三维气凝胶，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。

来源：高分子科学前沿