深地深空作业面临极端环境（如高温、高湿），作业人员承受着生理机能紊乱等多重健康安全挑战，迫切需要开发感知防护功能融合先进材料及装备。近期，我院徐欢副教授小组与安全学院开展合作，提出了“分级异质界面结构”策略，研制融合微环境调控、自清洁与高性能防护的功能膜材料，有效保障人员在深地深空极端复杂工况下的热生理舒适性及工作效能。研究以“Hierarchically heterogeneous interface structuring strategy for microenvironment-regulating and self-decontaminating biodegradable meta-membranes”为题发表在《Nature Communications》上（https://doi.org/10.1038/s41467-026-72873-z）。主要参与人包括我院25届硕士研究生朱桂英和25级硕士研究生黄壮，徐欢老师和安全学院何新建老师为该论文通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金等课题的资助，以及扬州大学等单位合作者的支持。
研究通过静电纺丝-静电喷雾联用技术，在可降解聚乳酸纳米纤维内部嵌入高孔隙率电活性ZIF-8纳米晶以构建有序分子传输通道与电荷存储位点，同时在纤维表面锚定低表面能高电负性F-TiO2纳米块以实现疏水自清洁并构筑深电荷陷阱，由此形成的异质界面驱动电子定向迁移与空间电荷再分布，建立“捕获-存储-再生”闭环电荷循环机制，研制融合微环境调控与自清洁功能的生物基可降解超材料膜（图1）。突破了传统防护材料过滤效率与舒适性之间的固有矛盾，在高湿环境下仍保持稳定表面电势（图2）与高效颗粒物拦截性能（图3），同时集成湿热调控、自清洁抗菌与生理信号传感等多功能于一体，且服役期满后可生物降解（图4）。
图1 微环境调控自净化超材料膜的合成路线及应用场景
图2 超材料膜的定向电子迁移和电荷重新分布机制
图3 超材料膜的膜的空气过滤性能及机理
图4 超材料膜的抗菌机制与堆肥降解行为评价
该工作是我院感知防护材料小组近期关于深地深空应用纳纤膜异质界面工程与功能集成相关研究的最新进展之一。传统均质结构设计难以协同优化微环境调控、自清洁与高效防护等多重功能，为此，小组发展了分级异质界面结构策略，通过在纤维内部嵌入MOF纳米晶构筑电荷存储与分子传输通道，在表面锚定疏水纳米结构实现疏水自清洁与深电荷陷阱构筑，揭示了异质界面诱导的定向电子迁移与空间电荷再分布机制。此前，团队采用静电纺丝表面功能化修饰技术制备了一系列异质界面构型的高电活性PLA纳纤（Adv. Funct. Mater. 2026, 36, e25521；Adv. Funct. Mater.2026, 36, e24202；ACS Nano2026, 20, 905−917），探索了活性功能材料在沿膜厚度方向时空分布及功能实现（Adv. Funct. Mater.2026, 36, e21019；Adv. Funct. Mater.2026, 36, e31069；J. Hazard. Mater.2026, 510, 142021）。这类分级异质界面结构实现了“捕获-存储-再生”闭环电荷循环，消除了因高湿环境电荷耗散导致的过滤性能衰减，提供了首个基于异质界面协同构筑多功能超材料膜的设计范式。以这些分级界面调控策略为基础，进一步提出了面向深地深空多场景应用的纳纤膜功能集成方法，探索了湿热微环境调控、自清洁抗菌与生理信号传感等多功能协同机制，为开发环境自适应微环境管理防护材料奠定了理论与技术基础。
教师简介：
徐欢：景德镇人，先后毕业于南昌大学、四川大学、瑞典皇家理工学院，获双博士学位，长期从事高分子材料形态与性能调控的理论基础和加工方法研究，围绕感知防护功能融合高分子纤维材料形态控制机理、特殊结构成型方法与多学科交叉应用开展系列工作，已发表研究论文120余篇，授权发明专利24件，入选2025全球前2%顶尖科学家榜单。研究获得国家自然科学基金青年和面上项目，国家重点研发计划（2025YFE0219700、2024YFC3015000和2023YFC3011704），江苏省基础研究计划重点项目（BK20253032，先进结构材料极端条件原位表征方法与性能调控），国家能源集团十大科技攻关项目等资助支持。获2021年贵州省自然科学奖三等奖，2022年首届全国博士后揭榜领题金奖，2023年第二届全国博士后创新创业大赛金奖，2025年第三届全国博士后创新创业大赛铜奖，2025年第十九届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛江苏省二等奖、全国二等奖等科研奖励。入选2025年江苏省科技镇长团荣誉团员（挂职盐城）。
新闻来源：材料与物理学院
责任编辑：徐欢
一审一校：鞠治成
二审二校：李智
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