纖維素的案例
研究員用纖維素3D打印耳朵
2019年1月22日，據(jù)悉，Empa的一位研究人員使用聚合物3D打印出一只耳朵，使用纖維素提供結(jié)構(gòu)支持。
Erma科學家Michael Hausmann解釋了該打印工藝：“在粘性狀態(tài)下，纖維素納米晶體可以很容易地與其他生物聚合物一起成型為復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)，使用3D打印機，例如Bioplotter。”目前，耳朵僅由纖維素和粘合劑組成。但在未來，水凝膠將包括人類細胞等。隨著人體細胞在整個纖維素支架中生長，生物聚合物會隨著時間的推移而降解;纖維素不會降解，但具有生物相容性，與軟骨具有相似的柔韌性。
Erma研究人員正在努力將軟骨細胞整合到支架中。 Hausmann表示：“在小耳畸形中，外耳只是不完全發(fā)育的，一旦水凝膠與細胞定殖，基于納米纖維素的耳狀復(fù)合材料就可以作為耳廓畸形兒童的植入物。耳廓的重建可以在美學上和醫(yī)學上糾正畸形，否則聽力能力會嚴重受損。在該項目的進一步過程中，含有水凝膠的纖維素納米晶體也將用于替換關(guān)節(jié)軟骨（例如膝蓋在由于例如慢性關(guān)節(jié)炎引起的關(guān)節(jié)磨損）。
它們的纖維素來自木纖維，使其成為地球上最豐富的聚合物。 3D打印的植入物可以提供藥物并緩慢溶解。這將又是3D打印在醫(yī)學上的一大舉措。
來源：3ders
展開 廣西特聘專家黃祖強教授科研團隊研發(fā)出纖維素酯基綠色潤滑油添加劑
纖維素酯是一種重要的纖維素衍生物，具有耐沖擊強度大、加工溫度低、在非極性溶劑中溶解性能優(yōu)良等特點，可開發(fā)為一種可生物降解的新型潤滑油添加劑。纖維素的高結(jié)晶性超分子結(jié)構(gòu)使其難溶于普通溶劑中，長鏈脂肪酸又存在空間位阻效應(yīng)，使它們難以在常規(guī)條件下發(fā)生反應(yīng)制得所需取代度的纖維素長鏈脂肪酸酯，存在著合成難度大、酯化程度低等問題。
【成果簡介】
廣西大學化學化工學院黃祖強教授所帶領(lǐng)的廣西特聘專家科研團隊采用自主研發(fā)的機械活化固相反應(yīng)器以機械活化共反應(yīng)劑法（Mechanical activation-assisted co-reactant reaction, MACR）合成纖維素酯乙酸丁酸酯（CAB）、纖維素酯乙酸辛酸酯（CAO）和纖維素酯乙酸月桂酸酯（CAL），采用高壓均質(zhì)技術(shù)制備相應(yīng)的納米纖維素酯，將其作為潤滑油添加劑加入基礎(chǔ)油中，采用杠桿四球摩擦試驗機研究不同納米纖維素酯的抗摩擦性能（圖1）。同時與常規(guī)共反應(yīng)劑法（Conventional co-reactant reaction, CCR）制備的纖維素酯進行對比研究。由于機械力對纖維素結(jié)晶結(jié)構(gòu)的破壞和活化作用，MACR較CCR具有更高的反應(yīng)效率，且高壓均質(zhì)后的纖維素酯平均粒徑在100 nm以下，油溶性和分散性良好。MACR制備的納米纖維素酯作為添加劑時具有顯著的抗摩擦性能，隨著酯化劑鏈長、酯化程度的增加而提高，有效降低試驗鋼球之間的摩擦磨損（圖2），提高其最大無卡咬負荷（圖3）。因此，MACR法制備的纖維素長鏈脂肪酸酯可開發(fā)為一種綠色新型潤滑油添加劑。
展開 德國用納米纖維素3D打印人造耳，為先天性耳廓畸形兒童重建耳廓
最近，德國聯(lián)邦材料測試和研究所利用木質(zhì)納米纖維素，通過3D打印技術(shù)制成了移植用的人造耳朵，可以作為先天性耳廓畸形兒童的植入物。
據(jù)研究人員邁克爾·豪斯曼介紹，制造人造耳朵的原料是可生物降解的木質(zhì)納米纖維素。借助生物繪圖儀，具有黏性的納米纖維素可以完美塑造復(fù)雜的構(gòu)造，固化后的結(jié)構(gòu)仍然非常穩(wěn)定。他們研究了納米纖維素水凝膠的特性，并進一步優(yōu)化穩(wěn)定性和3D打印工藝，制成了可用于移植的人造耳朵。這種人造耳朵可為先天性耳廓畸形兒童重建耳廓，使畸形耳朵得以補救，而且不會影響聽力。
（圖為研究人員豪斯曼從生物繪圖儀中取出剛定型的人造耳朵）
人造耳朵僅是這項研究的一個應(yīng)用。含有納米纖維素的水凝膠還可用作膝關(guān)節(jié)植入物，用于修補慢性關(guān)節(jié)炎造成的關(guān)節(jié)磨損。豪斯曼表示，下一個目標是用骨骼填充身體自身的細胞和活性成分，以制成生物醫(yī)學植入物。一旦將植入物植入體內(nèi)，一些材料可能隨著時間的推移而生物降解，并溶解在體內(nèi)。盡管納米纖維素本身不會降解，但它仍然非常適合作為生物相容性材料，用作植入物支架。
此外，選擇納米纖維素作為候選材料，還因為其機械性能，其微小但穩(wěn)定的纖維可以非常好地吸收拉伸力。而且，納米纖維素允許通過不同的化學修飾，將功能結(jié)合到黏性水凝膠中。通過結(jié)構(gòu)、機械性能和納米纖維素與其環(huán)境的相互作用，可以獲得需要的復(fù)雜形狀產(chǎn)品。
豪斯曼稱，這項研究的意義還在于，原料纖維素是地球上最豐富的天然聚合物，結(jié)晶納米纖維素的使用方法簡便且成本低廉。
來源：3D打印世界
展開 中國科大吳恒安教授/俞書宏院士《ACS Nano》：在納米纖維素的濕度界面力學研究中取得重要進展
纖維素是一種可再生且可完全生物降解的天然綠色材料，基于納米纖維素的復(fù)合材料有望成為新一代綠色環(huán)保的高性能結(jié)構(gòu)和功能材料，并引領(lǐng)可持續(xù)發(fā)展。然而，纖維素的應(yīng)用功能穩(wěn)定性通常受使役環(huán)境的制約，其中，濕度對于纖維素而言無疑是一個非常敏感的問題，因不可控變形和力學性能下降而通常被認為是纖維素材料的一個不利因素。由于缺乏對納米纖維素界面力學行為的深入認識，保持纖維素基材料在不同相對濕度下的預(yù)期性能具有很大挑戰(zhàn)。
近期，中國科學技術(shù)大學中國科學院材料力學行為和設(shè)計重點實驗室吳恒安教授團隊和合肥微尺度物質(zhì)科學國家研究中心俞書宏院士團隊深入合作，從多尺度力學出發(fā)，結(jié)合實驗驗證，揭示了納米纖維素中濕度界面變形的微觀力學機理，提出了通過濕度界面調(diào)控納米纖維素材料宏觀力學性能的新方法。相關(guān)研究論文以“Strengthening and Toughening Hierarchical Nanocellulose via Humidity-Mediated Interface”為題在線發(fā)表于《ACS Nano》。
圖1. 濕度界面調(diào)控多級納米纖維素強韌化的微觀力學機制
研究人員首先通過第一性原理計算闡明了氫鍵差異，發(fā)現(xiàn)水分子和纖維素分子間的橋接氫鍵與纖維素納米晶（CNC）界面氫鍵在強度和密度上有明顯差異，水分子作為插層介質(zhì)可以極大地影響納米纖維素在原子尺度的界面力學行為。隨后采用分子動力學模擬建立了帶有水分子界面的多級納米纖維素模型（圖2a），通過單軸拉伸研究其力學行為和變形模式。
展開 
豐田86跑車采用納米纖維素制零部件 車體減重40%
據(jù)外媒報道，日本環(huán)境省（Ministry of the Environment）納米纖維素車輛項目（NCV (Nano-Cellulose Vehicle) Project）成功研發(fā)了一款由纖維素納米纖維（CNF）制成的跑車。
該項目旨在盡可能地使用由纖維素納米纖維制成的汽車零部件替換掉主要由鋼材制成的汽車車身部件。豐田汽車公司的86緊湊型跑車就是該項目實施計劃的目標之一。纖維素納米纖維是一種由木材制成的新型輕質(zhì)強力材料，汽車領(lǐng)域正在加速其商業(yè)化進程。
最新研發(fā)的基于纖維素納米纖維的零部件包括豐田86跑車的前車蓋、行李箱蓋、上邊梁、座椅靠背、進氣歧管、車門飾件、發(fā)動機罩等。特別是前車蓋和行李箱蓋等大型部件更引人注目，因為大型部件很難成形并且需要新型生產(chǎn)技術(shù)，減輕此類部件的重量可產(chǎn)生很大的影響。
基于纖維素納米纖維制造的前車蓋質(zhì)量為8千克，比現(xiàn)有的鋼制前車蓋（質(zhì)量為14千克）輕40%。該前車蓋具三層結(jié)構(gòu)，發(fā)泡聚氨酯層（核心材料）夾在內(nèi)層和外層之間。發(fā)泡聚氨酯層的厚度約為10mm，而內(nèi)層和外層厚度分別為1mm（總厚度約為12mm），纖維素納米纖維就主要用于內(nèi)層和外層。最新研發(fā)的目的就是將部件成形時間從大約30分鐘縮短至不到10分鐘。
另一方面，基于纖維素納米纖維制造的行李箱蓋使用由纖維素納米纖維制成的蜂窩紙作為核心材料，夾在纖維素納米纖維板之間，此類結(jié)構(gòu)稱為“纖維素納米纖維蜂窩夾芯板”。所有行李箱蓋部件僅由纖維素納米纖維制成，其質(zhì)量僅為約0.7千克。具纖維素納米纖維蜂窩夾芯板結(jié)構(gòu)的行李箱蓋通過增加厚度，提升了剛性。此外，因具空氣層，該行李箱蓋還具有獨特的隔音和隔熱性能。豐田目前正在提升其防水性能，因為不防水也是行李箱蓋的問題之一。
來源：蓋世汽車
展開 《ACS Nano》木質(zhì)纖維素基輕質(zhì)高強結(jié)構(gòu)材料
可再生、可降解、碳中性、低成本、來源豐富的天然木質(zhì)纖維素由于其可與傳統(tǒng)增強纖維相媲美的高比強度而一直備受建筑和家具行業(yè)的青睞。近日，浙江農(nóng)林大學金春德和孫慶豐研究小組通過將脫除部分木質(zhì)素和半纖維素的填木質(zhì)纖維素與磷酸氫鈣通過機械熱磨法復(fù)合，在經(jīng)過真空水流定向組裝和熱壓，獲得了層狀結(jié)構(gòu)密實化的納米木質(zhì)纖維素/磷酸氫鈣復(fù)合材料。木質(zhì)纖維素表面豐富的羧基和羥基與磷酸氫鈣上的鈣離子和四面體PO4通過離子鍵和氫鍵結(jié)合（Velcro效應(yīng)），有較強的相互作用力。通過對其斷裂機理和理論仿真模型的分析，層狀結(jié)構(gòu)在斷裂的過程中發(fā)生裂紋偏轉(zhuǎn)，裂紋分支和裂紋橋接，避免了應(yīng)力集中，對于復(fù)合材料的力學性能有較強的提升。同時層層密實化的纖維相對滑動所需要的摩擦力進一步阻礙了其斷裂。制備的納米木質(zhì)纖維素/磷酸氫鈣復(fù)合材料的力學性能高于大部分的木質(zhì)纖維基復(fù)合材料，其比強度甚至能夠比肩于一些金屬和合金。
該論文第一作者為浙江農(nóng)林大學碩士研究生陳逸鵬，他和研究小組認為該研究實現(xiàn)了從木質(zhì)纖維素到磷酸氫鈣的有效應(yīng)變傳遞，解析了天然有機分子和無機質(zhì)2種異質(zhì)材料間力學的相互作用機制，該研究將為制備更高力學強度的木質(zhì)纖維素基輕質(zhì)高強結(jié)構(gòu)材提供新的研究策略。
研究報告發(fā)表于《ACS Nano》雜志。
全文鏈接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.8b06409
展開 一種用于節(jié)能建筑和人體熱管理的輻射制冷的纖維素材料
纖維素存在于許多常見的植物如棉花、木材和竹子中，也可以由細菌進行分泌合成。細菌纖維素（Bacterial Cellulose, BC）是一種由細菌分泌合成的纖維素材料。同時，BC還具有可大規(guī)模制備和純度高的特點，被廣泛應(yīng)用于智能電子、熱管理和生物醫(yī)藥等領(lǐng)域。然而，細菌纖維素材料應(yīng)用于輻射冷卻領(lǐng)域存在大氣窗口中紅外發(fā)射率較低，限制了其在輻射冷卻領(lǐng)域的應(yīng)用。
02
成果掠影
近日，天津大學封偉教授、王玲教授團隊通過原位生長技術(shù)成功開發(fā)了具有太陽光透過率可調(diào)特性的細菌纖維素基輻射冷卻材料。該團隊報道了生物合成細菌纖維素(BC)基輻射冷卻(Bio-RC)材料的設(shè)計和規(guī)模化制造，該材料具有可切換的太陽透射率。該材料是通過在原位培養(yǎng)過程中將二氧化硅微球與連續(xù)分泌的纖維素納米纖維纏結(jié)而開發(fā)的。由此產(chǎn)生的薄膜顯示出很高的太陽反射(95.3%)，在濕潤時可以很容易地在不透明狀態(tài)和透明狀態(tài)之間切換。值得關(guān)注的是，Bio-RC薄膜具有較高的中紅外發(fā)射率(93.4%)和正午時平均亞環(huán)境溫度下降≈3.7°C。當與市售的半透明太陽能電池集成時，Bio-RC薄膜的可切換太陽能透射率可以提高太陽能轉(zhuǎn)換效率(不透明狀態(tài):0.92%，透明狀態(tài):0.57%，裸太陽能電池:0.33%)。該研究為智能輻射冷卻材料的設(shè)計與制備提供了新思路，有望在節(jié)能建筑和人體熱管理等領(lǐng)域獲得重要應(yīng)用。
展開 Ries: 紡織結(jié)構(gòu)對棉花纖維素在離子液體中溶解行為影響的研究
纖維素是自然界中儲量最豐富的可再生生物高分子材料，且具有生物可降解特性和極高的機械性能（拉伸強度可高達1GPa，楊氏模量可高達100GPa）是石油產(chǎn)品的優(yōu)良替代材料。但由于纖維素材料的物化特性，若不通過氫鍵改性無法熔融，并且不溶于普通溶劑，例如水，乙醇，所以只能通過化學改性或者特殊溶劑打破氫鍵對其進行加工。
室溫離子液體（100攝氏度以下處于熔融液體狀態(tài)的鹽）具有極低的蒸氣壓，強穩(wěn)定性，并且作為纖維素的溶劑已經(jīng)有大量報道。但是其溶解機理還未完全被理解。其中，關(guān)于離子液體溶解纖維素的活化能，目前主要使用流變法進行測算。
本文使用光學顯微鏡結(jié)合XRD對不同紡織結(jié)構(gòu)的棉花纖維素（cotton bundles, cotton single fibres, cotton arrays）（圖1）在離子液體[C2mim][OAc]中溶解進行了研究。通過計算在不同溫度下，不同溶解時間，部分溶解纖維素的占比（Coagulation Fraction），利用時溫等效原理對溶解行為進行分析，并利用Arrhenius Equation進行纖維素溶解活化能計算。
展開 津科大劉葦/倪永浩院士綜述:高性能木質(zhì)纖維素衍生的水凝膠/氣凝膠基柔性準固態(tài)超級電容器
木質(zhì)纖維素材料
綠色/可持續(xù)、資源豐富且成本低；由于木質(zhì)纖維素和水凝膠的協(xié)同作用，具有優(yōu)異物理化學性質(zhì)（例如，高柔韌性、良好機械強度和快速電荷傳輸）的木質(zhì)纖維素基水凝膠/氣凝膠的開發(fā)為 FSSC 提供了新的機會。
摘要
最近，
加拿大新不倫瑞克大學
倪永浩
院士
/天津科技大學
劉葦副研究員
科研團隊
本綜述重點介紹了木質(zhì)纖維素和超級電容器的基本理解和最新發(fā)展，重點是開發(fā)基于木質(zhì)纖維素作為 FSSC 主要成分的
水凝膠和氣凝膠的最新概念/技術(shù)、結(jié)構(gòu)設(shè)計和木質(zhì)纖維素電極性能的改進和電解質(zhì)。
此外，還討論了在 FSSC 中開發(fā)基于木質(zhì)纖維素的水凝膠/氣凝膠過程中的
挑戰(zhàn)和機遇
。相關(guān)論文以題為
Lignocellulose-derived hydrogel/aerogel-based flexible quasi-solid-state supercapacitors with high-performance: a review
發(fā)表在《
Journal of Materials Chemistry A
》上。
圖解
木質(zhì)纖維素的主要成分和性能概述
數(shù)千年來，生物質(zhì)為人類提供了必不可少的支持，直到大約兩個世紀前化石資源如雨后春筍般涌現(xiàn)。然而，隨著化石資源的日益減少和對環(huán)境問題的日益關(guān)注，21世紀的首要挑戰(zhàn)之一是促進綠色和可持續(xù)發(fā)展，以實現(xiàn)以生物質(zhì)為基礎(chǔ)的循環(huán)經(jīng)濟。廣義上講，生物質(zhì)包括所有植物、微生物，以及動物及其產(chǎn)生的廢物（圖1）。
圖1
木質(zhì)纖維素主要成分的主要生物質(zhì)類型及化學結(jié)構(gòu)示意圖
圖 2
(a) 纖維素纖維生產(chǎn) CNF 和 CNC 的示意圖。(b) CNF/PAR 混合基板的示意圖。
展開 香港城市大學支春義教授：基于聚丙烯酸鈉/纖維素雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)水凝膠的超長拉伸鋅-空氣電池
耐堿，可拉伸聚丙烯酸鈉/纖維素雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)水凝膠
圖1.聚丙烯酸鈉/纖維素雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)水凝膠的(a)合成示意圖，(b) 拉曼圖譜，(c) 電導率表征以及(d)微觀結(jié)構(gòu)表征。
圖 2. (a)聚丙烯酸鈉/纖維素雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)水凝膠的拉伸性能表征。(b, c) 聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸鈉以及聚丙烯酸鈉/纖維素雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)水凝膠在6 M KOH 條件下的拉伸性能比較。聚丙烯酸鈉/纖維素雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)水凝膠在(d)不同KOH濃度以及(e) 在6 M KOH 條件性，不同時間的拉伸性能比較。聚丙烯酸鈉/纖維素雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)水凝膠的(f) 拉伸機理和(g)耐堿機理示意圖。
B. 平面結(jié)構(gòu)，800 % 可拉伸鋅-空氣電池
圖3.基于聚丙烯酸鈉/纖維素雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)水凝膠的平面可拉伸鋅-空氣電池：(a) 結(jié)構(gòu)示意圖。不同拉伸條件下的(b)充放電曲線， (c)輸出功率曲線， (d)最大輸出功率， (e) 恒流充放電曲線以及 (f) 充放電電壓平臺。(g) 在5 mA/cm2電流密度下的穩(wěn)定性測試表征。(h-l) 不同形變條件下的照片。(m) 形變前后的充放電對比。(n) 兩塊鋅-空氣電池串聯(lián)點亮印有“ZAB”字樣的冷光片。
C. 纖維結(jié)構(gòu)，500 % 可拉伸鋅-空氣電池
圖4.基于聚丙烯酸鈉/纖維素雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)水凝膠的纖維結(jié)構(gòu)可拉伸鋅-空氣電池：(a) 結(jié)構(gòu)示意圖。(b) 不同形變條件下的照片以及最大輸出功率。 (c) 不同形變條件下的充放電曲線。原始以及500 % 拉伸條件下的(d)充放電曲線，(e) 輸出功率曲線以及 (f)最大輸出功率. (g) 在500 % 拉伸條件下的穩(wěn)定性測試表征。 (h) 纖維狀鋅-空氣電池的防水性能表征。
展開 日本提出將納米纖維素與各種熱塑性塑料混合制造工藝
富士顏料有限公司(日本川西)的集團公司——綠色科學聯(lián)盟有限公司于近日宣布已經(jīng)創(chuàng)建了將納米纖維素與各種熱塑性塑料混合的全新制造工藝。
納米纖維素來源于樹木、植物和廢棄木材等自然生物質(zhì)資源，因此是可回收和生物降解的。其熱膨脹系數(shù)低，可與玻璃纖維相媲美，但彈性模量高于玻璃纖維，是一種強韌、堅固的材料。該材料顯示出在汽車、航空、建筑和其他領(lǐng)域的應(yīng)用潛力，同時對環(huán)境具有積極的影響。
目前，該公司已成功將納米纖維素與各種熱塑性塑料相混合，比如，聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚酰胺6 (PA6)、聚乙烯醇(PVB)等。
最近還成功地創(chuàng)建了納米纖維素與各種生物降解塑料的混合生產(chǎn)工藝，包括聚乳酸(PLA)、聚己二酸丁二酯(PBAT)、聚丁二酸丁酯(PBS)、聚己內(nèi)酯、淀粉基塑料以及由多羥基烷酸酯(PHA)等微生物生產(chǎn)的生物降解塑料。
在不久的將來，公司的目標是用這種可降解的塑料/納米纖維素復(fù)合材料生產(chǎn)食品托盤和盒子、吸管、杯子和杯蓋等產(chǎn)品。他們還計劃應(yīng)用超臨界發(fā)泡技術(shù)，使可降解塑料模具產(chǎn)品更輕、更堅固。
展開 
一種用于熱管理的多功能纖維素/碳復(fù)合氣凝膠材料
纖維素基氣凝膠除了具有傳統(tǒng)氣凝膠的優(yōu)點外，還具有生物相容性、環(huán)境友好性和可生物降解性，是最豐富的天然可再生資源，是一種受歡迎的可持續(xù)保溫材料。盡管許多研究取得了令人滿意的結(jié)果，但提高纖維素基氣凝膠的機械強度、熱穩(wěn)定性和多功能性仍然是一個挑戰(zhàn)。對不同制備方法的纖維素氣凝膠進行了一些研究報道，但在上述研究中，纖維素氣凝膠的功能僅限于保溫，而纖維素固有的低導電性限制了其作為多功能氣凝膠的應(yīng)用。作為另一種重要的氣凝膠材料，碳基氣凝膠可以抑制骨架和孔隙中固體和氣體的熱傳導，減少輻射傳熱，使其具有超低密度、高熱穩(wěn)定性和良好的導電性。但熱管理性能，包括焦耳加熱和光熱性能，在這些工作中很少討論。
02
成果掠影
近期，大連理工大學王海針對用于熱管理的可再生的氣凝膠多功能材料取得最新進展。近期，大連理工大學王海針對用于熱管理的可再生的氣凝膠多功能材料取得最新進展。該文將羧化纖維素納米纖維(CCNF)與碳納米管(CNT)、氧化石墨烯(GO)或碳纖維(CF)通過定向冷凍法制備了一系列纖維素和納米碳復(fù)合氣凝膠。雙向冷凍的CCNF/納米碳氣凝膠由于水平和垂直溫度梯度誘導的橋結(jié)構(gòu)而表現(xiàn)出更高的抗壓強度。同時，雙向冷凍的CCNF/碳氣凝膠的導熱系數(shù)也低至0.0308 W/(mK)；煅燒后增大至0.0388 W/(mK)。CCNF基質(zhì)中分散的線性碳材料CF和碳納米管導致了CCNF/納米碳氣凝膠的熱電、焦耳加熱和光熱性能，煅燒也促進了這些性能。CCNF/納米碳氣凝膠的Seebeck系數(shù)為0.027 ~ 0.067 mV/K，高溫處理后形成的碳網(wǎng)更加均勻，Seebeck系數(shù)為0.037 ~ 0.044 mV/K。5 ~ 15 V的輸入電壓可使復(fù)合氣凝膠煅燒后溫度升高62 ~ 303℃。
展開 天津大學Mark Olson課題組：固態(tài)水致光致變色纖維素嵌合的熒光復(fù)合材料
該復(fù)合材料由熒光分子與纖維素嵌合而成，在不同的相對環(huán)境濕度（RH）下表現(xiàn)出可逆的固態(tài)熒光水致變色的現(xiàn)象。而可逆的固態(tài)光致變色現(xiàn)象則是由于紫外燈的照射下纖維素穩(wěn)定的自由基陽離子的產(chǎn)生。
包括光致變色、水致變色、熱致變色等的刺激響應(yīng)型變色材料因為其巨大的應(yīng)用潛能而被廣泛的關(guān)注及研究。本文應(yīng)用常見的熒光基團（萘亞胺）與紫羅堿通過不同長度的碳鏈以共價鍵相連接構(gòu)建目標分子，并將其與纖維素進行嵌合，從而成功制備了罕見的光致變色和水致變色相互轉(zhuǎn)換的熒光復(fù)合材料。其中，紫羅堿部分起到了兩方面的作用：1.作為熒光水致變色的水敏感受體，2. 產(chǎn)生導致光致變色的自由基陽離子。
圖一 熒光復(fù)合材料三種顏色狀態(tài)相互轉(zhuǎn)換示意圖
圖二 熒光分子與纖維素所制備的噴墨打印及薄膜材料的三種顏色狀態(tài)相互轉(zhuǎn)換示意圖
將該復(fù)合材料暴露在濕度可控的空間環(huán)境內(nèi)，當相對濕度（RH）從0.1%上升到90%時該固態(tài)復(fù)合材料可以產(chǎn)生可逆的由藍到綠的熒光紅移（82 nm）變化。此為前兩種不同的熒光顏色狀態(tài)。為了進一步了解水致熒光變色的過程，相對濕度（RH）變化時每隔10%相對濕度（RH）所對應(yīng)的固態(tài)熒光發(fā)射光譜也同樣被記錄和分析。而用紫外燈照射該復(fù)合材料時，其會產(chǎn)生由無色到藍色的光致變色現(xiàn)象。光致變色的主要原理是因為具有特殊藍色的纖維素穩(wěn)定的紫羅堿自由基陽離子的產(chǎn)生。其中自由基陽離子的形成則被紫外吸收光譜和電子順磁共振光譜（EPR）所證實。發(fā)生光致變色還原的電子源則來自于紫羅堿部分的抗衡離子（溴離子）。
展開 華南理工大學張水洞教授課題組：基于類Fenton試劑實現(xiàn)淀粉/微晶纖維素的水溶還原性、抗菌、物理和化學交聯(lián)劑特性
淀粉、纖維素作為來源最為廣泛的天然高分子材料，具價格低廉、易加工、可生物降解等優(yōu)點。然而，由于其多羥基的葡萄糖單元結(jié)構(gòu)基元形成的穩(wěn)定氫鍵網(wǎng)絡(luò)，淀粉、纖維素易于聚集，難以在高分子基體材料實現(xiàn)良好的分散；同時未經(jīng)改性的淀粉、纖維素功能較為單一，嚴重限制了它們應(yīng)用。為克服上述問題，華南理工大學機汽學院張水洞教授課題組近年來通過類Fenton反應(yīng)實現(xiàn)了對淀粉和微晶纖維素的定位氧化，獲得結(jié)構(gòu)可控的羧基淀粉/微晶纖維素并分別將其應(yīng)用于氯金酸的均相還原，熱塑性淀粉(TPS)、羧基丁 腈橡膠(XNBR)等基體的高性能，初步發(fā)現(xiàn)，高羧基含量的羧基淀粉/微晶纖維素展示出水溶還原性、抗菌、對TPS和XNBR具有物理和化學交聯(lián)作用，可顯著提升這兩類材料的綜合性能。
作者利用H2O2和低濃度的金屬離子的類Fenton試劑實現(xiàn)了對淀粉C-6羥基的定位氧化，制備了羧基含量為42.1%的羧基淀粉（OST-42.1）。由于羧基的親水性和低分子量（1.85×105 g/mol），OST-42.1表現(xiàn)出良好的水溶性和低粘度特性。將羧基淀粉用于水相還原氯金酸可獲得納米金顆粒，并進一步通過溶膠負載法制備了納米金催化劑。隨著OST-42.1濃度由5 g/L上升至40 g/L，納米金顆粒直徑呈現(xiàn)先降低后上升的趨勢。以20 g/L的OST-42.1制備的催化劑負載量和顆粒平均直徑分別為0.5%和1.8 nm，比表面積和容積率分別為353.01 m2/g和0.293 cm3/g，將其用于催化丙烯環(huán)氧化反應(yīng)，轉(zhuǎn)化率、氫氣效率和丙烯環(huán)氧化選擇性分別達到18.5%，31.1%和68%（Shuidong Zhang et al, Starch - St?rke 2020, 72: 1900313）。
圖1.
展開 不列顛哥倫比亞大學姜鋒團隊《AFM》：“雙冰模板”組裝的多功能超彈性納米纖維素氣凝膠
最近，纖維素納米纖維，被廣泛用于構(gòu)建高比表面積和優(yōu)異力學性能的氣凝膠。由于高比表面積和豐富的官能團，通過冷凍干燥納米纖維懸浮液可以制備超輕纖維素氣凝膠，顯示出優(yōu)異的結(jié)構(gòu)完整性和機械性能。雖然納米纖維素氣凝膠具有良好的壓縮性，可壓縮90%以上的應(yīng)變而不斷裂，但壓縮后的氣凝膠回彈性較差，無法從壓縮狀態(tài)恢復(fù)，嚴重限制了其應(yīng)用領(lǐng)域。因此如何構(gòu)建超彈性氣凝膠通用策略，對拓寬氣凝膠的應(yīng)用領(lǐng)域具有重要意義。
加拿大不列顛哥倫比亞大學姜鋒團隊巧妙的利用“雙冰模板組裝”（DITA）策略，(i)在-196 ℃ 溫度下，將TEMPO氧化的CNF（3-5nm寬和500-1000nm長）組裝成具有改善彈性的亞微米纖維（100-200nm寬）；（ii）通過在-20 ℃下冷凍亞微米纖維，構(gòu)建多級層狀纖維結(jié)構(gòu)，以增強彈性。超彈纖維素氣凝膠具有超低密度（2-20 mg/cm3），在室溫和極冷環(huán)境環(huán)境條件（-196°C）下都具有優(yōu)異的彈性和形狀恢復(fù)性能，以及低導熱性（0.023 W/m·K）。此外，超彈纖維素氣凝膠可通過與有機硅烷化學氣相沉積技術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)槌杷畾饽z（接觸角164°），表現(xiàn)出卓越的油和有機溶劑的吸附性能（氯仿吸附量高達其自身重量的489倍）以及高效的油/水分離和自清潔性能。這種新的DITA策略提供了一種基于生物基納米材料的超彈性氣凝膠的通用方法， 并且對其衍生的高性能多功能彈性氣凝膠的應(yīng)用領(lǐng)域有一定指導意義。
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