新型“紡布工”紡就高性能CFM

在北京化工大學材料科學與工程學院的一間實驗室，王曉旭正有條不紊地為實驗做準備。腈綸纖維變成碳纖維，要經過一個特別劇烈的化學變化過程，對這個過程的調控最終會影響碳纖維的強度，因此他每次都會格外認真地做好準備工作。

青年基金助力挖掘CFM力學性能潛力

外表隨和的王曉旭，是一個特別有主見的人，高考填報志愿，他毅然選定了南開大學材料化學專業，因為直覺告訴他這是一門有趣的學科。

本科畢業后，王曉旭放棄了復旦大學研究生的保送資格，選擇了去美國南達科他礦業理工學院留學。聽從內心的聲音，是他一貫的風格。

2015年9月，又是因為興趣愛好，王曉旭以“優秀青年后備人才”計劃加入北京化工大學一國家碳纖維工程技術研究中心，從事傳統微米級碳纖維工程化研究、新型納米碳纖維的研究開發，以及一維無機非金屬納米碳纖維材料的制備及其電化學應用方面的研究工作。2016年他申報的“靜電紡絲納米碳纖維布（CFM）”項目，獲批國家自然科學基金青年基金。

納米碳纖維布（CFM）是良好的電化學活性材料載體，既繼承了納米碳材料高導電率、高比表面等優點，又在宏觀整體結構上保持了均勻、連續、完整的特征，其獨特的三維網絡結構可供電化學活性材料附著，網絡中的孔隙又有助于電解質遷移，同時也為活性材料提供了脫嵌鋰過程中體積變化的緩沖空間。更重要的是，基于聚丙烯腈（PAN）制備的碳纖維內部石墨片層結構的高度取向和片層間的共價鍵連接也使CFM具備了優異的力學性能開發潛力。

但目前缺乏從反應機理和微觀結構特征角度對提高力學性能的探索。王曉旭的研究擬解決熱化學反應過程中PAN纖維結構參數及反應特征參數的準確定量分析問題，尺寸效應下熱氧穩定化過程中納米PAN纖維徑向氧化反應特征及其對CFM力學性能的影響關系問題，以及CFM結構特征對柔性自支撐電極材料力學性能及電化學性能的影響關系問題。

通過對這3個關鍵問題的解決，王曉旭想達到以下目標。先認識預氧化階段PAN大分子的氧化、環化等氣固相反應特征，掌握納米PAN纖維的熱化學反應規律及與微米纖維的區別與關聯。從而獲得尺寸效應下納米纖維徑向氧化反應的作用機制及其對碳纖維結構、性能的影響。進而掌握制備過程中纖維聚集態結構演變規律，獲得提高纖維徑向結構均值化的控制途徑與方法，優化靜電紡絲、預氧化、碳化等制備階段工藝參數，制備出具有優異力學性能的CFM。基于高性能CFM，最終構建柔性自支撐鋰電池電極，驗證CFM載體性能。獲得CFM結構特征對相應柔性自支撐電極的力學及電化學性能影響關系，進一步反饋優化CFM制備工藝。

豐富經驗做保障

對于項目的順利推進，王曉旭有十足的把握。博士及博士后期間，在美國南達科他礦業理工學院學習時，他已經對靜電紡絲原理、設備及工藝控制有系統深入的研究并積累了豐富的電紡經驗。此外，他在電化學領域也有從原理、器件制造，到表征、數據處理和分析等整個流程的切身研究經驗和知識積累。另外，他所在的北京化工大學一國家碳纖維工程技術研究中心已有30余年高性能碳纖維研究經驗，已經具備了實驗所需條件。這些為項目的順利開展提供了必要的保障。

王曉旭堅信，只要擁有對科研工作的熱愛和對未來的堅持，必定可以越過重重阻礙，到達勝利的頂峰。