内蒙古农业大学教授以通讯作者身份在一区Top期刊上发表重要成果

摘要：近日，王喜明教授团队以内蒙古农业大学为第一完成单位，硕士研究生白钰作为第一作者，材料科学与艺术设计学院教师张万奇、中南林业科技大学张振为共同作者，张晓涛教授与中南林业科技大学吴义强院士作为共同通讯作者，完成的“从自然到工程：在负泊松比芳纶/纤维素气凝胶中耦合仿

近日，王喜明教授团队以内蒙古农业大学为第一完成单位，硕士研究生白钰作为第一作者，材料科学与艺术设计学院教师张万奇、中南林业科技大学张振为共同作者，张晓涛教授与中南林业科技大学吴义强院士作为共同通讯作者，完成的“从自然到工程：在负泊松比芳纶/纤维素气凝胶中耦合仿生梯度孔隙与复合协同效应用于油水分离和隔热”（From nature to engineering: Coupling bioinspired gradient pores and composite synergy in negative Poisson’s ratio aramid/cellulose aerogels for oil-water separation and thermal insulation）发表在工程技术领域中科院一区Top期刊《Chemical Engineering Journal》上。

该研究获内蒙古自治区直属高校基本科研业务费项目（BR221502，BR221201）、中央引导地方科技发展基金项目（2022ZY0066）、内蒙古自然科学基金（2025MS03108）、内蒙古自治区大学生创新创业训练计划项目的资助与支持。

受植物多孔网络的启发，天然分级多孔材料在节能和环境应用方面具有转化潜力。然而，将这些天然设计转化为具有可控多尺度孔道和多功能性能的工程气凝胶仍然是一个关键挑战。为了解决这一问题，课题组提出了一种融合仿生结构工程和复合材料性能协同的双重创新策略。本研究采用超声辅助水热裂解技术对芳纶纤维进行可控降解，从而获得低长径比的片状纳米芳纶纤维（ANF）。同时采用动态冰模板技术建立环形温度梯度，使ANF能够定向自组装成密度梯度孔结构，片状ANF通过π-π堆积形成具有大比表面积的结构。随后，以纤维素作为支撑骨架材料用于增强气凝胶的结构稳定性，纤维素表面丰富的位点和纤维界面处的表面电荷使其能够通过氢键、静电相互作用或物理缠结与层状ANF结合，最终在冷冻干燥和气相沉积后得到Si@ANF/CNF气凝胶多孔气凝胶（图1）。

图1. 制备过程及机制。

研究结果表明，该气凝胶具有负泊松比性能（-0.30）和超高孔隙率（94.20%），而且赋予了它们出色的抗疲劳性能，Si@ANF/CNF气凝胶在100次50%应变循环后保持83.06%的应变保持率。

图2. 样品的照片和扫描电镜图。

Si@ANF/CNF气凝胶具有良好的吸油性能，能以自身重量的49-102倍吸收油和有机溶剂，对于不互溶的正己烷-水混合物，其分离通量为7936.5 L·h−1·g−1（图3）。对于水包油乳液（甲苯、二氯甲烷和正己烷），重力驱动渗透通量分别为 7549.6、6248.7 和 7094.7 L·m−2·h−1，对于甲苯乳液，在 20 次循环中保持99.76%的分离效率。这种梯度孔隙结构能够有效地留住乳液滴，并通过调节流体动力学来保持高通量。