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            2016年11月11日 星期五 09:15:33
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            納米纖維素功能材料及其應用研究進展

            發表時間:2021/8/16

            納米纖維素是地球上最為豐富的生物質資源,具有易降解、可再生、無毒性且廉價易得等優點,有望代替傳統石化資源并用于生產各種高附加值先進功能材料。根據納米纖維素的制備方法和來源區分,納米纖維素通??煞譃槿悾豪w維素納米晶(CNC)、纖維素納米纖維(CNF)和細菌纖維素(BC)。



            圖1. 納米纖維素的來源、微觀結構及其潛在應用


            納米纖維素功能材料用于手性光子學

            手性在自然界中普遍存在,并在生命科學和材料科學中發揮著重要作用。CNC是一種納米級手性光子晶體材料。CNC的手性向列型液晶相結構既可用于制備高機械性能和具有特殊光學特性的功能膜材料,也可以作為一種生軟模板用來誘導納米顆粒形成具有手性結構的功能材料。因此,在手性催化、手性超材料、偏振加密以及生物傳感等領域均具有重要應用價值。


            圖2. 納米纖維素功能材料在手性光子學領域的應用


            納米纖維素功能材料用于軟件驅動器

            近年來,基于各種合成聚合物衍生的軟物質材料,如典型的水凝膠、液晶彈性體和形狀記憶聚合物,科學家們巧妙地設計了多種仿生智能驅動器用以模仿甚至超越生物體的驅動行為。然而,這些傳統的聚合物基材料通常是通過復雜的工藝合成的、成本高、難以降解或回收,這可能會給環境帶來一定的負擔。值得注意的是,基于納米纖維素的仿生軟體驅動器因其優越的機械柔性、高的吸濕能力、可持續或生態友好性、可重復使用或可生物降解性和生物相容性而受到越來越多的關注和重視。


            圖3. 納米纖維素基功能材料在軟體驅動器領域的應用


            納米纖維素功能材料用于能源存儲

            納米纖維素因具有大的比表面積、優異的機械柔性、良好的化學穩定性和環境友好性以及纖維之間彼此交錯連接,易形成便于離子和電子傳輸的多孔結構;纖維表面附有羥基、羧基等親水性官能團,在電解質溶液中具有良好的保濕能力,使其衍生的功能材料在儲能領域具有廣泛的應用前景。納米纖維素基功能材料不僅可以作為能源存儲器件中的各種組分,如隔膜、電解質、膠粘劑和載體。同時,通過高溫炭化、原位化學聚合和電化學沉積等策略可與電活性材料復合,獲得更精細的納米結構和優異的電化學性能。


            圖4. 納米纖維素基功能材料在能源存儲領域應用


            納米纖維素功能材料用于生物醫學

            在干燥狀態下,納米纖維素的力學性能可與人體骨骼媲美,而在濕潤狀態下,納米纖維素的理化性能與細胞外基質相似。同時,除了優異的理化特性外,納米纖維素與其他聚合物或功能材料具有高的兼容性,從而使得納米纖維素基功能材料在生物醫用領域具有良好的實用價值和廣泛的應用前景。


            圖5. 納米纖維素基功能材料在生物醫用領域的應用


            (來源:高分子科學前沿)