近日，我校材料学院本科生胡语嫣以第一作者在国际材料学领域权威期刊《Applied Surface Science》（中国科学院二区）上发表了题为“Surface-Functionalized Mica Enables Pangolin-Scale-Inspired Self-Welded Polyarylate Nanofiber Insulating Paper with Enhanced Dielectric and Mechanical Reliability”的学术论文。武汉纺织大学材料学院为该论文的第一署名单位，材料学院熊思维副教授为论文的指导老师和通讯作者。
图1：TMS@Mica/PAR纳米复合纸的制备流程
随着电气装备持续向高电压、大容量和高度集成化方向发展，传统绝缘材料在强电场、高温、机械应力及复杂环境下面临稳定性挑战，而传统芳纶纸和云母纸存在界面结合力弱、结构稳定性不足等问题，难以满足需求。受穿山甲鳞片层级交叠结构的启发，本研究创新性地提出了一种表面功能化辅助自焊接策略，用于制备具有强韧有机/无机界面的TMS@Mica/PAR纳米复合绝缘纸。采用三甲氧基(2-苯乙基)硅烷对绢云母片进行改性，通过缩合反应形成共价锚定的有机硅烷层，其苯乙基促进了与聚芳酯纳米纤维间的π-π相互作用，改善了云母的分散性与界面粘附性。通过湿法球磨与可控热压工艺，功能化云母片均匀嵌入并定向排布于纳米纤维网络中，构筑出类穿山甲鳞片的层状叠合结构。热压过程中纳米纤维原位自焊接形成致密界面。结果表明，TMS@Mica/PAR纳米复合纸的击穿强度达134.48 kV/mm，较未改性复合纸提高25.14%，显著优于商业芳纶纸和云母纸。在200 ℃老化24小时后，击穿强度仍保持120.93 kV/mm，且反复折叠揉搓后仅轻微衰减，展现出优异的热稳定性和机械耐久性。
图2：TMS@Mica/PAR纳米复合纸的界面结合机制及化学结构表征
TMS@Mica/PAR纳米复合纸的优异性能源于其仿生结构与多尺度界面工程的协同效应。在热压成型过程中，PAR纳米纤维通过分子链的动态重排与自焊接行为，逐步融合为连续致密的基体骨架，充分填充材料内部的残余孔隙，使结构趋于均质化，有效切断了电树枝的诱发与扩展通道。同时，经偶联剂修饰的云母片层在PAR基体中沿面内方向规整堆叠，借助共价键及π-π相互作用构建出紧密结合的有机-无机界面，既为机械应力提供了高效传递路径，又在电学上构筑了多层位垒，显著抑制了载流子的长程迁移。这种结构设计不仅赋予了材料远超传统芳纶纸和云母纸的击穿强度与热稳定性，还保障了其在反复弯折与揉搓等严苛机械应力下的电气性能保持率。可广泛应用于特高压输电、新能源汽车驱动电机及航空航天电力装备等领域，同时也为高性能绝缘材料的结构设计与界面优化提供了新的仿生学思路。
图3：TMS@Mica/PAR纳米复合纸的微观形貌表征及电气绝缘性研究
材料学院始终注重本科生科研创新素质的培养，依托“本科生学业导师”制度，为每位有科研意向的学生配备专业导师，引导学生深入参与科研项目，系统提升科研思维与实践能力。学院将持续拓展高水平科研平台与实践机会，鼓励本科生投身前沿探索，不断培养更多具备创新素养与实践能力的优秀人才。
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