气相及液相高速流体之间的彼此作用纪律具备主要的基础科学意义；于现实出产中，气、液流的彼此作用也具备主要运用价值，例如使用气流对于液体溶液的高速剪切可以制备高机能纤维及粉体质料。于质料科学范畴，纳米纤维具备怪异的物理化学性子，成为最具吸引力的新型质料之一，于情况过滤、能源存储、柔性电子、构造工程及病毒防护等诸多范畴阐扬着日趋主要的作用。为了实现进步前辈纳米纤维质料的工业化运用，成长高通量、高效率、低成本、持续不变的纳米纤维宏量制备要领具备主要的价值及意义。

1911 年，闻名空气动力学家西奥多·冯·卡门 (Theodore von Kármán)发明了卡门涡街征象，即一种流体流过圆柱体孕育发生的不平常的瓜代涡流，这类征象可以于流体运动的各类标准上找到。假如卡门涡流驱动的气-液流彼此作用可以或许被使用成为超细纤维牵伸及成型的要领，这将具备极年夜的科学意义及运用价值。

清华年夜学质料学院伍晖副传授课题组与航天航空学院赵立豪副传授课题组互助开发了一种全新的、联合卡门涡街道理的无针头溶液气纺丝技能，提出使用卷对于卷装配持续运送纺丝溶液举行气纺丝制备纳米纤维，乐成实现了纳米纤维的高通量制备，为纳米纤维的范围化出产提供了新思绪及新机缘。

图1.无针头溶液气纺丝体系设计与构建

图2.无针头溶液气纺丝历程中纤维的形成机制

该要领采用全新设计的卷对于卷体系来实现无针溶液传输以制造纳米纤维，纺丝溶液被持续运动的闭环尼龙线从储液槽中携带出后，于高速气流的驱动下，形成泰勒锥并高速喷射，经由过程快速拉伸及摆动形成纳米纤维。该技能切确设计了空气射流与卡门涡街相联合的气流布局。经由过程流体理论及计较流体动力学模仿的研究发明，穿过尼龙线的高速气流于尼龙线的违风侧孕育发生强烈的剪切应力及卡门涡流。强剪切应力促成了泰勒锥的形成及溶液射流的细化，而卡门涡旋侵扰了流场并加快了气流从层流到湍流的转捩，促成了溶液射流的挥发。二者的配合作用，极年夜促成了纳米纤维的高通量出产。

此外，该技能还有具备普适性，可制备高份子、碳、陶瓷、复合纤维等各类纤维质料。比拟在传统的一些纳米纤维制造技能，该要领具备更高的制造效率，而且可以由单根线进一步拓展到多根线以和不锈钢网，从而进一步提高纤维的制造效率，使患上该技能有望成为纳米纤维范围化出产的有力平台。

上述研究结果以“经由过程卡门涡旋气纺丝法实现千克级纳米纤维的高通量制备”（High-throughput production of kilogram-scale nanofibers by Kármán vortex solution blow-spinning）为题，在3月16日于线发表于《科学进展》（Science Advances）上，并申请了发现专利。

清华年夜学质料学院2021级博士生李子威、清华年夜学航天航空学院工程力学系2017级博士生崔智文、赵立豪副传授为配合第一作者，清华年夜学质料学院伍晖副传授为本论文的通信作者。论文事情获得国度天然科学基金基础科学中央、北京市卓异青年科学基金、中国博士后科学基金及清华年夜学国强研究院的项目撑持。

论文链接：三木SEO-https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abn3690

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