山东大学朱波教授团队在碳纤维及其功能化应用领域取得系列研究进展

近日，朱波教授团队在碳纤维制备、表面改性、导电、导热以及电磁屏蔽方面取得系列研究进展。研究成果先后发表在材料领域Adv. Funct. Mater(中科院1区，IF=18.5)、ACS Nano(中科院1区，IF=15.8)、Chemical Engineering Journal(中科院1区，IF=13.4)、Composites Science and Technology（中科院1区，IF=8.3）等期刊，材料学院教授朱波、研究员高学平、教授乔琨等为通讯作者，山东大学为第一作者单位。

成果1：高性能碳基纤维结构优化与性能提升

团队成员张烨在期刊ACS Nano发表了题为“In Situ Synthesis of Self-Assembly Supramolecular Crystal Seeds within Continuous Carbon Nanofibers for Improved Fiber Graphitic Structure”的研究论文，提出了一种基于二维拓扑石墨化晶种辅助高性能碳基纤维制备策略，显著改善了碳纳米纤维（CNFs）的石墨结构与力学性能。研究开发了原位自组装超分子晶种，并在碳纤维前驱体聚丙烯腈（PAN）中实现了均匀分布。实验表明，这些超分子晶种可以在前驱体PAN纤维碳化过程中充当结晶核心及结构模板，进而诱导并促进纤维基质内高度有序石墨微晶的形成，最终所得CNFs的结晶度和石墨化度显著提高。结构优化后的CNFs拉伸强度、杨氏模量和断裂伸长率分别提升了108%、35%和54%。该工作揭示了超分子晶种在碳基纤维结构调控中的关键机制，其低成本、易分散的特性为高性能碳纤维的规模化制备提供了新思路。

成果2：碳纤维界面改性及性能提升机制研究

团队成员袁晓敏在期刊Chemical Engineering Journal发表题为“Recent progress on interface characterization methods of carbon fiber reinforced polymer composites”的文章，从分子动力学模拟、界面微观结构、界面微观破坏特征及宏观力学性能等维度系统综述了碳纤维增强复合材料（CFRP）界面表征技术的最新进展。通过表征材料的微观结构形态及粘结性能，使研究者能够从多个维度系统评价CFRP的界面性能，为复合材料界面复杂的物理化学性质研究提供了基础理论依据。

成果3：碳纤维定向导热复合材料制备技术

课题组聚焦于碳纤维在热管理领域的应用潜力，研究生刘晨晖在高导热碳纤维定向排列、界面热阻提升方面进行了深入研究，研究成果分别发表在期刊Composites Science and Technology、Carbon Lett。通过纤维表面改性、磁场控制、碳纤维填充率控制等工艺手段，制备了一系列导热复合材料，热导率达到21.56W/m∙K。该工艺简单，效率高，具有很大的应用潜力，为碳纤维基导热复合材料的设计和开发提供了新的方法和手段。

成果4：碳纤维纸质功能性材料开发及规模化制备技术

碳纤维纸质电磁屏蔽材料具有出色的柔韧性和可设计性，满足当代电磁干扰（EMI）屏蔽方面宽、薄、轻、强的要求。团队以短切碳纤维为原材料，构建三维导电骨架网络结构，并实现多组分、多尺度微结构可控制备，建立了传导损耗、极化损耗和磁滞损耗的协同作用机制，实现了碳纤维纸的高电磁屏蔽性能。相关研究成果由研究生刘智分别以题为“Multi-layer carbon fiber paper @reduced graphene oxide/Co/C composite with adjustable electromagnetic interference shielding properties”、“Sea urchin-like MnO2@Carbon fiber paper @carbon black modified silicone rubber interface control to improve electromagnetic properties and media factors.”发表在Carbon、Chemical Engineering Journal期刊；研究生宋美萍以题为“Industrial-Grade Flexible Carbon Fiber Paper/MXene Composite Electromagnetic Shielding Material with Ultra-Large Area and Ultra-High Performance”发表在Advanced Functional Materials期刊。

碳纤维纸质电磁屏蔽材料便于工业规模生产，可广泛应用于国防、航空、航天及民用电子等诸多领域，具有广阔的实际应用价值。

朱波教授团队在碳纤维制备及相关衍生材料功能性应用领域的相关研究成果，不仅推动了碳纤维材料的基础研究，也为相关领域应用场景拓展提供了重要技术支持。