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纺科新青年(二)|高鲁:让静电纺丝技术绽放绿色能源领域
时间:2025-09-18 09:53:41    来源:中国纺织报  作者:马瑞

编者按

在中国纺织工业高质量发展的关键期,青年人才既是创新生力军,更是薪火传承者。在中国纺织工程学会青年人才托举工程的沃土上,一批青年纺织人以锐气和实干,在纤维材料创新、绿色制造升级、智能技术应用等赛道上留下鲜明足迹。

为此,本报专访了经该学会推荐、入选第十届中国科协青年人才托举工程的6位纺织领域青年科技工作者。让我们一同感受科技新青年与纺织共生长的力量。

在纺织工业向科技驱动、绿色发展转型的浪潮中,青年学者正以跨界创新的魄力勇立潮头。作为青年人才托举工程入选者,天津工业大学纺织科学与工程学院教师高鲁深耕电纺纳米纤维基全固态复合电解质研究,将纺织技术与能源材料跨界融合,与众多纺织科技工作者一道为纺织工业开辟绿色能源应用新赛道。
高鲁(右三)带领团队攻克高精度电纺装备国产化难题。


静电纺丝架起绿色能源“跨界桥”

“我的研究本质上是让传统纺织技术在新能源领域焕发新生。”高鲁谈到研究的核心逻辑时表示,她所专注的电纺纳米纤维基全固态复合电解质研究,正是将纺织领域的静电纺丝技术创新性应用于能源材料制备,既延续了纺织工业的技术基因,又响应了绿色发展的时代需求。

在科技驱动方面,静电纺丝作为纺织领域的核心工艺,被赋予了全新内涵。据高鲁介绍,通过调控纺丝参数,可制备出具有超高比表面积、连续三维网络结构的纳米纤维膜,这种结构恰好为离子传输提供了高效通道。“我们用纺织人的思维解决能源材料难题,比如借鉴非织造布的叠层工艺,设计出多层异质结构复合电解质,使离子电导率提升3个数量级。”高鲁解释道。

在绿色发展维度,这项研究的价值更为凸显。传统液态电池存在电解液泄漏等安全隐患,而高鲁团队研发的全固态电解质以电纺纤维基材料为骨架,复合无机填料与聚合物基体,彻底摒弃了液态电解液。“全固态电池的本征安全性、长循环寿命,与纺织工业追求的绿色制造、可持续产品理念高度契合。”她举例说明,运用该技术的柔性电池,未来有望直接集成到智能穿戴纺织品中,如自发热瑜伽服、可监测生命体征的医护面料,实现能源与纺织产品的无缝融合。

谈及研究中面临的最大挑战,高鲁表示,固-固界面问题曾是阻碍技术突破的难题。“纳米纤维骨架、无机填料与聚合物基体的微观复合均匀性,以及电解质与金属电极的界面兼容性,就像纺织面料的经纬交织——任何一处衔接不畅都会影响整体性能。”她回忆道,为解决界面阻抗问题,团队曾尝试数十种改性方案,甚至借鉴染整工艺中的表面处理技术,最终通过在纤维表面构建梯度功能层,使界面阻抗降低不少。


产研协同打通纺织技术转化路

“青年学者最大的优势,是敢于打破思维定式,在‘不可能’中寻找‘可能’。”高鲁认为,这种特质在纺织技术创新中尤为珍贵。比如,在大家的传统认知中,纺织技术多用于服饰、家纺等领域,而她通过跨学科学习,将电纺工艺延伸至能源存储领域,正是得益于青年学者对新兴领域的敏锐嗅觉和学习能力。

在她看来,平衡理论研究与产业需求的关键,在于“双向锚定”。“基础研究要瞄准行业‘真问题’,应用开发要扎根产业‘真需求’。”高鲁分享道,她所在的团队会定期与电池企业工程师视频沟通,将企业反馈的“电解质低温性能不足”“膜材成本过高”等问题,转化为实验室的研究课题。

“实验室制备的小尺寸纤维膜性能优异,但放大到卷对卷连续生产时,纤维直径偏差、膜面缺陷等问题接踵而至。”高鲁表示,中国纺织工程学会的托举在此刻发挥了关键作用,加速了这种产研融合。

谈及资源支持带来的变化,高鲁深有感触:“团队以前申请测试设备需要排队数周,但现在有了专项经费,团队能及时购置原位表征系统,实时观测电池循环过程中的结构变化。”更重要的是,学会提供的学术背书,让她在申请国家级项目时更有底气——依托托举期间积累的研究基础,显著提升了申请国家自然科学基金项目的竞争力,为技术迭代提供了持续动力。


使命在肩探寻创新“新坐标”

“入选青年人才托举工程,对我而言是责任的加码。”高鲁认为,在国际竞争加剧与技术变革加速的背景下,青年人才需扛起三重使命:技术攻坚、标准制定与跨界拓界。

在技术攻坚方面,她正带领团队攻克高精度电纺装备国产化难题。“目前,我国高端电纺设备核心部件依赖进口,就像纺织行业曾面临的高端织机困境。”高鲁表示,他们已联合国内纺机企业开展攻关,目标是三年内大幅提升关键部件国产化率,降低设备成本。

跨界拓界则是高鲁眼中最具潜力的方向。“纺织技术不应局限于传统领域,而应成为多产业的‘基础设施’。”她透露,团队正在探索电纺纤维在医疗敷料、水污染治理等领域的应用,例如将抗菌纤维与固态电解质技术结合,开发出可监测伤口愈合的智能绷带。

谈及未来规划,高鲁明确了未来3年-5年的核心方向:实现高精度电纺装备国产化,并牵头编制固态电池纺织集成标准。对于纺织行业的未来,高鲁充满期待:“智能穿戴与绿色能源的融合将是重要趋势,纺织物不再只是‘穿在身上的材料’,更会成为‘能源互联网的节点’。”她认为,AI与数字化是不可逆转的潮流,目前团队已引入机器学习算法优化纺丝参数,使材料性能预测准确率大幅提升。

回望科研之路,高鲁对青年学者的建议恳切而务实:“青年学者要在纺织本源技术中挖掘创新点,避免盲目追逐热点。比如,很多人觉得染整技术传统,但通过功能整理技术改性电池电极界面,正是我研究突破的关键。就像老裁缝的手艺,看似基础却蕴含无穷智慧,关键是要找到与新兴领域的结合点。”

在产学研合作方面,她建议从“小切口”入手:“大家初期可通过学会平台对接中小企业,解决具体技术难题,比如帮服装厂改进功能性面料的后整理工艺,既能积累实践经验,又能验证技术价值。”她认为,真正的技术转化,不是从实验室到工厂的“跨越式跳跃”,而是像纤维成纱一样,通过无数次“加捻”,形成稳固的合作关系。