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五年深耕破局!我校材料科学与工程学院团队首创蒸发驱动纳米打印技术,成果刊登《Nature Communications》

日期:2025年12月13日 17:59 作者:科技处 材料学院 来源:材料学院 科技处 点击率:

近日,我校材料科学与工程学院向旭博士团队的突破性研究成果,以“Evaporation-Driven Generic, High-Throughput and Roll-to-Roll Printing of Nanomaterials”为题,正式发表于国际顶尖学术期刊《Nature Communications》。该研究提出了一种通用型、高通量的蒸发驱动卷对卷纳米材料打印新方法,成功破解微纳材料规模化制备的行业难题,为相关领域技术革新与产业应用注入强劲动力。

这项跨越五年的科研突破,始于一次偶然却极具价值的实验发现。作为学院“本科生参与科研项目”计划的核心参与者,17级本科生刘昱维在本科阶段便加入向旭博士团队投身科研实践。在一次常规实验中,他意外观察到:漂浮于氧化石墨烯分散液表面的基膜上,竟自发生成了一层均匀致密的氧化石墨烯薄膜。向旭博士得知这一现象后,凭借深厚的科研积淀与敏锐的学术嗅觉,迅速捕捉到其中蕴含的重大应用潜力,随即带领刘昱维同学从基膜材质参数、环境温度调控、分散液浓度配比等多个关键维度展开系统探究,通过大量对比实验与数据验证,逐步勾勒出“蒸发驱动打印纳米材料”的核心方法雏形。

为进一步破解成膜机理、拓展技术应用边界,向旭博士特邀其博士后合作导师-浙江大学徐志康教授指导,构建跨校科研协作网络。此后,忻嘉辉博士、张超教授等学界骨干相继加入研究团队,两校科研力量深度融合、协同攻关。经过无数次实验论证与机理剖析,团队取得关键性核心突破:蒸发作为成膜的天然驱动力,对成膜材料无特殊选择性。这一重要特性意味着该技术不仅适用于氧化石墨烯,更可兼容碳纳米管、量子点、金属纳米颗粒等绝大多数微纳材料体系,具备极强的普适性,为其在多领域的广泛应用奠定了核心基础。

a,蒸发驱动(EDP)卷对卷制备的示意图。b,设备实物图。c,EDP打印过程。d, EDP实现米级氧化石墨烯(GO)薄膜的打印。

实现规模化应用是技术从实验室走向产业界的关键一步,“卷对卷规模化打印”成为团队攻坚的核心目标。为此,材料学院欧海芸、刘智涵等多名研究生主动投身研究,组成技术攻坚小组。研究过程中,团队曾面临连续生产装置卡顿、成膜均匀性不足、薄膜易断裂等诸多技术瓶颈。面对难题,同学们迎难而上,在导师指导下反复优化装置机械结构、精准调控温度湿度等操作参数,通过上百次调试与改进,逐一破解技术障碍,最终成功实现米级氧化石墨烯薄膜的稳定、连续制备,直观展现了该技术在规模化生产中的巨大潜力。研究论文中同步呈现了蒸发驱动卷对卷制备示意图、设备实物图、打印过程动态记录及米级氧化石墨烯薄膜成品图,清晰展现了技术的可行性与先进性。

从本科生的偶然发现到多校团队的协同攻坚,这项高水平研究成果的取得,离不开每一位参与者的全力以赴与精诚合作。研究过程中,团队不仅从浙江大学合作者身上汲取了宝贵的科研经验与创新思路,更形成了跨校协作、梯队配合的高效科研模式。本科生在导师引导下培养科学思维与观察能力,研究生在解决实际工程问题中锤炼科研创新与技术攻关能力,不同学段、不同专业的研究者各司其职、优势互补,成为推动研究不断突破的重要力量。

多年来,材料科学与工程学院始终坚守“科研育人、协同创新”的发展理念,精心搭建高质量科研实践平台,构建了“分层培养、协同参与”的特色育人体系:针对本科生,侧重引导其在实验实践中培养科学探究精神与敏锐观察能力;针对研究生,强调通过攻克实际科研难题提升创新思维与工程实践素养。此次研究成果在国际顶尖期刊发表,正是学院长期深耕人才培养模式、坚持科研与教学深度融合的生动写照。未来,团队将继续深化技术研究,推动该打印技术在柔性电子、新能源、生物医药等领域的产业化应用,为我国材料科学领域的创新发展与核心技术突破贡献高校智慧与力量。

据悉,材料学院教师向旭、樊冬已在npj Computational Materials、Nature Communications子刊发表4篇。

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编辑:黎昱睿

审核人:叶勇 徐洁