研究揭示经典非溶剂诱导相分离成膜理论新机制
文章导读
你还在凭经验瞎调工艺参数，指望能做出高性能多孔膜？一项颠覆60年经典理论的研究却揭示了真相：你一直以为的成孔逻辑，可能从根本上就错了。真正的瓶颈不是溶剂配比，而是你从未在意的流体力学失稳机制——它才是决定大孔洞生死的隐形推手。中科院团队不仅解耦了这对纠缠了几十年的“双胞胎”孔，还用2.7微米的超薄膜做到了80%以上能量效率。如果不想让下一代电池膜研发再走十年弯路，那个被你忽略的界面几何参数，恐怕得重新认识了。
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非溶剂诱导相分离是制备聚合物多孔膜的经典方法，已在工业制膜领域应用超60年。然而，由于成膜过程中多种孔结构耦合生长，其成孔机理尚不明晰，这成为制约多孔膜结构定向设计与性能精准调控的瓶颈。
近日，中国科学院大连化学物理研究所科研团队在非溶剂诱导相分离制备聚合物多孔膜的理论研究中取得进展。
团队设计了新型流体观测装置，解耦了大孔洞和细胞状孔的形成过程，阐明了两类孔结构的形成机理。研究发现，大孔洞的形成源于流体力学失稳机制，可通过调控非溶剂—聚合物溶液界面的流动几何特性实现大孔洞的生长或抑制。研究进一步阐明了细胞状孔的热力学驱动本质，建立了细胞状孔面密度与关键热力学参数之间的定量关联模型。在消除了大孔洞引发的传质干扰与空间不均匀性后，团队揭示了成膜动力学和非溶剂—溶剂互扩散过程的内在联系。
基于上述理论研究，团队设计出自支撑的超薄（2.7微米）聚合物多孔膜，并将其应用于全钒液流电池。在220mA cm-2电流密度下，该膜实现了超80%的能量效率。
该研究为相分离机理提供了新认识，也为高性能膜材料设计提供了参考。
相关研究成果发表在《国家科学评论》（National Science Review）上。研究工作得到国家自然科学基金委员会、中国科学院等的支持。
研究揭示经典非溶剂诱导相分离成膜理论新机制
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以前搞膜分离实验的时候，最头疼就是孔径控制不住，这个研究算是找到病根了。