納米纖維素的案例
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，德國聯邦材料測試和研究所利用木質納米纖維素，通過3D打印技術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雜的構造，固化后的結構仍然非常穩定。他們研究了納米纖維素水凝膠的特性，并進一步優化穩定性和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用。含有納米纖維素的水凝膠還可用作膝關節植入物，用于修補慢性關節炎造成的關節磨損。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，以制成生物醫學植入物。一旦將植入物植入體內，一些材料可能隨著時間的推移而生物降解，并溶解在體內。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，將功能結合到黏性水凝膠中。通過結構、機械性能和納米纖維素與其環境的相互作用，可以獲得需要的復雜形狀產品。
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合材料有望成為新一代綠色環保的高性能結構和功能材料，并引領可持續發展。然而，纖維素的應用功能穩定性通常受使役環境的制約，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期性能具有很大挑戰。
近期，中國科學技術大學中國科學院材料力學行為和設計重點實驗室吳恒安教授團隊和合肥微尺度物質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，結合實驗驗證，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控納米纖維素材料宏觀力學性能的新方法。相關研究論文以“Strengthening and Toughening Hierarchical Nanocellulose via Humidity-Mediated Interface”為題在線發表于《ACS Nano》。
圖1. 濕度界面調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，發現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 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——綠色科學聯盟有限公司于近日宣布已經創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資源，因此是可回收和生物降解的。其熱膨脹系數低，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、建筑和其他領域的應用潛力，同時對環境具有積極的影響。
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。
最近還成功地創建了納米纖維素與各種生物降解塑料的混合生產工藝，包括聚乳酸(PLA)、聚己二酸丁二酯(PBAT)、聚丁二酸丁酯(PBS)、聚己內酯、淀粉基塑料以及由多羥基烷酸酯(PHA)等微生物生產的生物降解塑料。
在不久的將來，公司的目標是用這種可降解的塑料/納米纖維素復合材料生產食品托盤和盒子、吸管、杯子和杯蓋等產品。他們還計劃應用超臨界發泡技術，使可降解塑料模具產品更輕、更堅固。
展開 豐田86跑車采用納米纖維素制零部件 車體減重40%
據外媒報道，日本環境省（Ministry of the Environment）納米纖維素車輛項目（NCV (Nano-Cellulose Vehicle) Project）成功研發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強力材料，汽車領域正在加速其商業化進程。
最新研發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技術，減輕此類部件的重量可產生很大的影響。
基于纖維素納米纖維制造的前車蓋質量為8千克，比現有的鋼制前車蓋（質量為14千克）輕40%。該前車蓋具三層結構，發泡聚氨酯層（核心材料）夾在內層和外層之間。發泡聚氨酯層的厚度約為10mm，而內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層和外層。最新研發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，此類結構稱為“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，其質量僅為約0.7千克。具纖維素納米纖維蜂窩夾芯板結構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 
北京林業大學楊俊課題組在納米纖維素自愈合復合水凝膠方面取得系列進展
為實現凝膠材料高強度和自愈合性能的集成，北京林業大學楊俊研究小組與北京化工大學萬鵬博研究小組合作設計了一種基于納米纖維素增強和配位鍵可逆修復的復合水凝膠材料。通過在納米纖維素表面均勻涂布單寧酸并進行自由基原位聚合和離子交聯，形成具有動態交聯結構特征的高強度凝膠材料。此外，該凝膠材料還具有優異的粘附性和應變響應的導電特性，可直接黏附到人體的皮膚上，用來檢測手指彎曲等大形變以及脈搏跳動等微弱的生理信號。成功地將組裝后凝膠傳感器應用于投籃訓練姿勢矯正，并可通過人體運動實時監測系統在智能手機客戶端對用戶健康狀況進行分析和診斷。這項工作為設計纖維素基的多功能水凝膠提供了新的思路，拓展了可穿戴柔性電子和醫療保健監測的實際應用。研究成果以“Mussel-Inspired Cellulose Nanocomposite Tough Hydrogels with Synergistic Self-Healing, Adhesive, and Strain-Sensitive Properties”為題在線發表在《Chemistry of Materials》(2018,30 (9), 3110–3121) 期刊上。
圖1 水凝膠的制備方法、形貌和形成機理
圖2 水凝膠作為應變傳感器的應用探索
最近，該小組根據生物體組織力學特性，將單寧酸包覆的納米纖維素均勻分散到聚乙烯醇和硼酸體系中，制備得到的凝膠材料不僅兼具高強度和快速修復能力，還展現出獨特的應變硬化特性和動態粘附性，這種具有仿生動態力學特征的凝膠材料與人體軟骨組織具有相似性，為后續探索其在生物醫學材料領域的應用提供了新的途徑。
展開 廣西特聘專家黃祖強教授科研團隊研發出纖維素酯基綠色潤滑油添加劑
【圖文導讀】
圖1 納米纖維素酯的抗摩擦作用方式和效果示意圖
圖2 純基礎油及加入不同纖維素酯作為潤滑油添加劑時磨球的磨斑3D圖
圖3 純基礎油及加入不同纖維素酯作為潤滑油添加劑時磨球的最大無卡咬負荷
【小結】
采用自主研發的機械活化固相反應器以機械活化共反應劑法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），采用高壓均質技術制備相應的納米纖維素酯。由于機械力對纖維素結晶結構的破壞和活化作用，MACR較CCR具有更高的反應效率，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，提高其最大無卡咬負荷。因此，MACR法制備的纖維素長鏈脂肪酸酯可開發為一種綠色新型潤滑油添加劑。
文章鏈接：https://link.springer.com/article/10.1007/s10570-018-1780-9
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，被廣泛用于構建高比表面積和優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，顯示出優異的結構完整性和機械性能。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，無法從壓縮狀態恢復，嚴重限制了其應用領域。因此如何構建超彈性氣凝膠通用策略，對拓寬氣凝膠的應用領域具有重要意義。
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，構建多級層狀纖維結構，以增強彈性。超彈纖維素氣凝膠具有超低密度（2-20 mg/cm3），在室溫和極冷環境環境條件（-196°C）下都具有優異的彈性和形狀恢復性能，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轉變為超疏水氣凝膠（接觸角164°），表現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用領域有一定指導意義。
展開 北京林業大學ACS Nano：高韌MXene/納米纖維素復合電磁屏蔽紙
作為最豐富的可再生天然聚合物，纖維素是地球上取之不盡用之不竭的高分子化合物。纖維素納米纖維（CNFs）具有一維（1D）納米結構，高的機械強度和柔韌性，通常被用作復合材料的增強體。然而，目前并沒有關于d-Ti3C2Tx與CNF復合制備電磁屏蔽紙的相關報道。因此，制備具有增強力學性能和電磁屏蔽性能的d-Ti3C2Tx/CNF復合紙具有重要意義。
【成果簡介】
近日，北京林業大學馬明國教授課題組利用抽濾自組裝的工藝制備了具有貝殼層狀結構的超薄和高柔韌性的d-Ti3C2Tx/CNFs復合紙。通過1D CNFs和2D d-Ti3C2Tx的相互作用，成功地實現了d -Ti3C2Tx/CNF復合紙的增強增韌，獲得了高拉伸強度（高達135.4 MPa）和斷裂應變（高達16.7%），具有良好的耐折性能。此外，d-Ti3C2Tx/CNF復合紙在超薄厚度下具有高的導電性和優異的電磁屏蔽效率。所得復合紙在12.4GHz處電磁屏蔽效率可達25.8dB，完全滿足商業屏蔽需求。優異的力學性能和電磁屏蔽性能的完美結合，使得該1D/2D二元復合紙在柔性電子設備、武器裝備和機器人關節等領域具有很高的應用潛力。新型復合電磁屏蔽紙不僅完全保留了傳統紙張的特性，拓展了紙張的新用途，而且使用的納米纖維素來源于農業廢棄物蒜皮，實現了變廢為寶，有利于自然資源的保護。該項工作開辟了生物質資源化、功能化、高值化以及循環利用新途徑。本研究為設計和制備集成多功能柔性MXene/CNFs復合紙提供了一種有效的策略，可應用于柔性可穿戴設備、武器裝備和機器人關節等各個領域。
展開 【杜巴在線專家講座】中國科大實現由木材制備超細碳納米纖維氣凝膠
碳納米纖維材料因具有高的比表面、優異的機械性能及高電導率等優異的物理性質而受到廣泛關注，在能源、催化、環境、聚合物等領域具有廣泛的應用前景。目前針對特定應用的功能化碳納米纖維材料的理性設計合成及性能優化，仍然是制約其實際應用的瓶頸。特別是，廉價、宏量、可持續制備碳納米纖維氣凝膠尚未實現。
近日，中國科學技術大學俞書宏研究團隊提出了一種催化熱解的方法來改變木質納米纖維素的熱解過程，首次以廉價的木材為原材料制備了高質量的超細碳納米纖維氣凝膠材料，該成果以“Wood-Derived Ultrathin Carbon Nanofiber Aerogels”為題，發表在《德國應用化學》雜志上（Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 7085-7090）。論文的第一作者是博士生李思成。
基于木質納米纖維素制備超細碳納米纖維氣凝膠材料
纖維素材料廣泛存在于自然界的植物中，由于其廣泛的來源、低成本以及對環境的友好，木質纖維素材料是一種理想的制備碳納米纖維氣凝膠的前驅物。但是，因為木質纖維素納米纖維極小的尺寸使其在熱解制備碳纖維過程中劇烈收縮而無法保持纖維的形態，迄今為止尚沒有使用木材為原材料成功制備碳納米纖維氣凝膠的先例。為此，研究人員提出了一種催化熱解的方法，通過使用對甲苯磺酸催化木質納米纖維素在熱解前期迅速脫水，并改變其熱解過程和中間產物，使得納米纖維素在熱解后具有高的碳產率的同時，還能夠保持很好的三維網狀結構。該催化熱解轉化方法可將廉價豐富的自然界中的前驅物材料轉化為高附加值的碳納米纖維材料，對于發展可再生材料的綠色化學合成具有指導意義。
由該方法制備的超細碳納米纖維平均直徑僅為6 nm, 具有很高的電導率（710.9 S m-1）和比表面積 (553~689 m2 g-1)。
展開 Nature子刊：本征離子導電纖維素納米紙作為固體電介質用于低壓有機晶體管
該團隊報道了環保纖維素納米紙作為具有固有離子導電性的高電容介電層材料的應用。與以往報道的液體/電解質門控介電層不同，具有環保特性的纖維素納米紙可以用于制備全固態柔性低壓電子器件。基于纖維素納米紙的OFETs在低于2 V的操作電壓下表現出良好的器件性能。不僅如此，在彎曲半徑小于1 mm的條件下，器件的源漏電流及載流子遷移率并未出現明顯變化。纖維素納米紙的有趣特性，如離子傳導性、超光滑表面(~ 0.59 nm)、高透明度 (＞80 %)和柔性，使它們成為柔性、透明和低壓電子器件的高電容介電層材料的優秀候選。
【圖文導讀】
圖1. ICCN的照片以及AFM表征
a 高透明40μm-厚ICCN的照片；
b ICCN的AFM圖；
c ICCN的AFM劃線圖顯示超光滑表面，粗糙度~0.59?nm；
圖2. ICCNs的化學結構，FTIR以及XPS分析
a 用TEMPO預處理的ICCNs的化學結構；
b FTIR表征
c XPS表征；
圖3. 40 μm-厚ICCN的頻率相關有效電容
a在金屬/絕緣體/金屬(Au/ICCN/Au)結構中測量的40 μm厚ICCN的頻率相關有效電容(C-f)；
b電場作用下ICCNs中EDL的形成；
圖4.
展開 研究員用纖維素3D打印耳朵
2019年1月22日，據悉，Empa的一位研究人員使用聚合物3D打印出一只耳朵，使用纖維素提供結構支持。
Erma科學家Michael Hausmann解釋了該打印工藝：“在粘性狀態下，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雜的三維結構，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，外耳只是不完全發育的，一旦水凝膠與細胞定殖，基于納米纖維素的耳狀復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節軟骨（例如膝蓋在由于例如慢性關節炎引起的關節磨損）。
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打印在醫學上的一大舉措。
來源：3ders
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大牛速覽：神奇的木頭——看“木頭專家”如何玩轉木頭！
研究人員將木頭按水平生長方向放置在光吸收層下方用作隔熱層，通過納米級通道在木材中進行跨平面水輸送，熱傳輸方向被解耦以減少傳導熱損失。垂直于木材的跨平面可以通過凹洞和螺旋提供快速的水輸送。纖維素納米纖維在凹洞周圍呈圓形分布，并沿著螺旋高度對齊以將水穿過內腔。同時，利用木材的各向異性導熱，可以提供比超隔熱聚苯乙烯泡沫塑料更好的絕緣性能。[10]
胡老師在研究木頭的同時，也在進行著能源存儲與轉換的研究工作。在過去的一年里，胡老師在固態電解質[11]、鋰金屬負極[12, 13]、鈉離子電池[14]等研究上取得了不錯的成果，尤其是木頭納米纖維素在電池及催化領域的應用更是讓人耳目一新。研究人員利用靜電作用將導電炭黑吸附在纖維素納米纖維上構成導電網絡，導電網絡中納米孔提供離子導電路徑。這種電極結構用于磷酸鐵鋰等正極材料，可以大大提高電極的面容量、提高電池的能量密度。[15]這種納米纖維不僅可以制作厚電極，還可以用作水系電池的集流體。研究人員將碳納米管與纖維素納米纖維混合，碳納米管提供了優異的導電性，與纖維素納米纖維的復合又保證了結構的高機械強度。通過調節碳納米管與纖維素納米纖維的比例，可以做成很薄的集流體，并且具有高導電性、高機械強度。[16]不僅木頭纖維素可以做電池，細菌纖維素同樣可以用于電池結構的設計。研究人員利用細菌纖維素膜作模板，浸入LLZO前驅體溶液中，LLZO負載在細菌纖維素骨架網絡中，經過煅燒后，細菌纖維素被移除，剩下了LLZO骨架膜，然后與聚合物電解質PEO-LiTFSI混合，做成有機無機混合的固態電解質。有序的LLZO網絡保證了快速的鋰離子傳導，與有機聚合物復合保證了結構的彈性，大大提高了固態電解質的性能。[17]
木材結構是一種高效的離子、氣體傳輸系統，將催化劑均勻地負載在孔道結構中，可以用作各種催化領域。
展開 北京林業大學楊俊團隊《ACS Nano》：自催化納米纖維素增強體系構建新型“鹽包水”聚兩性離子水凝膠電解質
Interfaces 2020, 12, 56509?56521），設計了一種基于“單寧酸-金屬離子”自催化效果的納米增強體系。該體系能夠在室溫下幾分鐘內制備出一種新型的抗凍粘附“鹽包水”聚兩性離子水凝膠電解質，極大地延長了柔性鋅離子混合電容器循環壽命（100000圈），并有效地抑制了鋅負極枝結晶的形成。進一步研究發現，組裝的鋅離子混合電容器在電化學性能和機械性能方面均表現出優異的低溫適應性，能夠在冰水浴和真空條件等嚴苛環境下正常工作。
在該研究中，作者通過結合單寧酸包裹的納米纖維素（TCs）和氯化鋅（ZnCl2），構建了一種自催化的納米增強體系，體系中TCs上的酚羥基被Zn2+氧化為醌/半醌自由基，同時Zn2+被還原為Zn，迅速激活過硫酸銨產生SO4?·自由基，從而引發兩性離子甜菜堿（SBMA）和丙烯酸（AA）單體的快速凝膠化，最終成功獲得了具有優異力學穩定性、自粘附性和抗凍性能等多功能集成的“鹽包水”聚兩性離子水凝膠電解質（PZHE）。這種“鹽包水型”PZHE可以提供大量的離子遷移通道，提高鋅金屬電極的可逆性，從而極大減少副反應，延長循環壽命（圖1）。
圖1 基于自催化納米增強體系的自粘防凍PZHEs的設計策略
作者首先考察了自催化納米增強體系中的動態氧化還原反應（圖2）。
圖2自催化納米增強體系中動態氧化還原反應的表征
其次作者表征PZHEs的力學性能。結果表明PZHEs在超高力學強度方面的優越性，能夠承受極大變形和嚴重機械沖擊，從而保護構建的ZIHC免受嚴重機械變形的影響（圖3）。
展開 武漢大學常春雨/張俐娜院士：囊狀纖維素納米晶增強，機械熱致變色水凝膠
【科研摘要】
具有高度耐用的結構顏色的基于纖維素納米晶體（
CNC）的響應光學材料的開發受到越來越多的關注。然而，由于諸如組裝時間長和由高百分比的CNCs引起的聚集等因素，具有手性向列排列的CNCs的刺激響應性光學水凝膠不足以用于實際應用。
最近
，
武漢大學
常春雨副教授
/張俐娜院士
團隊
通過對
被膜纖維素納米晶體（TCNC）進行定向剪切，然后將對齊的TCNC鎖定在聚（N-異丙基丙烯酰胺）（PNIPAM）網絡中，制得具有均勻干涉色的機械-熱致變色水凝膠。
由于TCNC的長徑比和結晶度較高，因此在較低的濃度下會出現虹彩雙折射。中等濃度（
?
5 wt％）的剪切取向TCNCs不僅使納米復合水凝膠具有均勻的干涉色，而且改善了水凝膠的機械性能。
取向的TCNC/PNIPAM水凝膠對拉伸力，壓縮力和溫度表現出可逆且獨特的響應性。這項工作為設計用于傳感器，環境監測和防偽標簽的基于TCNC的可持續性和可拉伸響應光學設備提供了一種新策略。
相關論文以題為
Shear-aligned tunicate-cellulose-nanocrystal-reinforced hydrogels with mechano-thermo-chromic properties
發表在《
Journal of Materials Chemistry C
》上。
【主圖導讀】
圖
1剪切取向的TCNC/PNIPAM水凝膠（OH）的設計和制造。
圖
2 TCNC/PNIPAM水凝膠的結構。
展開 《ACS Nano》木質纖維素基輕質高強結構材料
可再生、可降解、碳中性、低成本、來源豐富的天然木質纖維素由于其可與傳統增強纖維相媲美的高比強度而一直備受建筑和家具行業的青睞。近日，浙江農林大學金春德和孫慶豐研究小組通過將脫除部分木質素和半纖維素的填木質纖維素與磷酸氫鈣通過機械熱磨法復合，在經過真空水流定向組裝和熱壓，獲得了層狀結構密實化的納米木質纖維素/磷酸氫鈣復合材料。木質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合（Velcro效應），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，層狀結構在斷裂的過程中發生裂紋偏轉，裂紋分支和裂紋橋接，避免了應力集中，對于復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。制備的納米木質纖維素/磷酸氫鈣復合材料的力學性能高于大部分的木質纖維基復合材料，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林大學碩士研究生陳逸鵬，他和研究小組認為該研究實現了從木質纖維素到磷酸氫鈣的有效應變傳遞，解析了天然有機分子和無機質2種異質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纖維素基輕質高強結構材提供新的研究策略。
研究報告發表于《ACS Nano》雜志。
全文鏈接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.8b06409
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