——记国家自然科学基金青年基金获得者王晓旭   

           
　　本刊记者  李玉芹
　　
　　
　

　　　
　　在北京化工大学材料科学与工程学院的一间实验室，王晓旭正有条不紊地为实验做准备。腈纶纤维变成碳纤维，要经过一个特别剧烈的化学变化过程，对这个过程的调控最终会影响碳纤维的强度，因此他每次都会格外认真地做好准备工作。
　　

青年基金助力挖掘CFM力学性能潜力

　　外表随和的王晓旭，是一个特别有主见的人，高考填报志愿，他毅然选定了南开大学材料化学专业，因为直觉告诉他这是一门有趣的学科。
　　本科毕业后，王晓旭放弃了复旦大学研究生的保送资格，选择了去美国南达科他矿业理工学院留学。听从内心的声音，是他一贯的风格。
　　2015年9月，又是因为兴趣爱好，王晓旭以“优秀青年后备人才”计划加入北京化工大学—国家碳纤维工程技术研究中心，从事传统微米级碳纤维工程化研究、新型纳米碳纤维的研究开发，以及一维无机非金属纳米碳纤维材料的制备及其电化学应用方面的研究工作。2016年他申报的“静电纺丝纳米碳纤维布（CFM）”项目，获批国家自然科学基金青年基金。
　　纳米碳纤维布（CFM）是良好的电化学活性材料载体，既继承了纳米碳材料高导电率、高比表面等优点，又在宏观整体结构上保持了均匀、连续、完整的特征，其独特的三维网络结构可供电化学活性材料附着，网络中的孔隙又有助于电解质迁移，同时也为活性材料提供了脱嵌锂过程中体积变化的缓冲空间。更重要的是，基于聚丙烯腈（PAN）制备的碳纤维内部石墨片层结构的高度取向和片层间的共价键连接也使CFM具备了优异的力学性能开发潜力。
　　但目前缺乏从反应机理和微观结构特征角度对提高力学性能的探索。王晓旭的研究拟解决热化学反应过程中PAN纤维结构参数及反应特征参数的准确定量分析问题，尺寸效应下热氧稳定化过程中纳米PAN纤维径向氧化反应特征及其对CFM力学性能的影响关系问题，以及CFM结构特征对柔性自支撑电极材料力学性能及电化学性能的影响关系问题。
　　通过对这3个关键问题的解决，王晓旭想达到以下目标。先认识预氧化阶段PAN大分子的氧化、环化等气固相反应特征，掌握纳米PAN纤维的热化学反应规律及与微米纤维的区别与关联。从而获得尺寸效应下纳米纤维径向氧化反应的作用机制及其对碳纤维结构、性能的影响。进而掌握制备过程中纤维聚集态结构演变规律，获得提高纤维径向结构均值化的控制途径与方法，优化静电纺丝、预氧化、碳化等制备阶段工艺参数，制备出具有优异力学性能的CFM。基于高性能CFM，最终构建柔性自支撑锂电池电极，验证CFM载体性能，获得CFM结构特征对相应柔性自支撑电极的力学及电化学性能影响关系，进一步反馈优化CFM制备工艺。
　　

丰富经验做保障

　　对于项目的顺利推进，王晓旭有十足的把握。博士及博士后期间，在美国南达科他矿业理工学院学习时，他已经对静电纺丝原理、设备及工艺控制有系统深入的研究并积累了丰富的电纺经验。此外，他在电化学领域也有从原理、器件制造，到表征、数据处理和分析等整个流程的切身研究经验和知识积累。另外，他所在的北京化工大学—国家碳纤维工程技术研究中心已有30余年高性能碳纤维研究经验，已经具备了实验所需条件。这些为项目的顺利开展提供了必要的保障。
　　王晓旭坚信，只要拥有对科研工作的热爱和对未来的坚持，必定可以越过重重阻碍，到达胜利的顶峰。