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当前高性能氦气分离膜材料的开发面临三个挑战：一是气体分离膜材料受通量和选择性相互制约效应的影响，开发兼具高渗透性和高选择性的膜材料挑战；二是克服聚合物膜材料因轻烃和重烃等可凝气体的溶解而导致的塑化效应；三是消除聚合物膜材料长时间运行过程中的老化问题。目前的高分子膜材料主要依靠链段无规则堆积形成的微孔进行分离，未来如何实现对孔结构精准调控以实现对氦气的精准筛分，是制备高性能氦气分离膜的关键所在，一些新型晶体结构材料和仿生设计方法的引入为其提供了可能。