纖維素作為地球上儲(chǔ)量最豐富的生物質(zhì),已成為材料科學(xué)走向可持續(xù)發(fā)展的重要角色。纖維素原纖維是生物合成的纖維素分子聚集體,可為生物提供出色的力學(xué)支撐和結(jié)構(gòu)功能。因此,研究者們長(zhǎng)期致力于將原纖維從天然纖維素中剝離出來(lái),獲得纖維素納米纖維(CNFs),并用于構(gòu)建輕質(zhì)高強(qiáng)的多維宏觀材料。化學(xué)預(yù)處理結(jié)合機(jī)械均質(zhì)化(例如TEMPO氧化法、高碘酸鹽氧化法以及羧甲基化等)是目前制備CNFs的主要方法,但對(duì)設(shè)備需求、高能耗、原纖維的破壞(CNF長(zhǎng)度顯著降低)和結(jié)構(gòu)變化(結(jié)晶度降低與不可逆的表面功能化)等因素限制了宏觀材料的組裝和功能。因此,研究CNFs的低能耗、高效率的制備方法與實(shí)現(xiàn)可調(diào)控的表面物理化學(xué)性質(zhì)依然具有挑戰(zhàn)性。
圖1表面工程策略用于剝離與組裝纖維素納米纖維示意圖
圖2纖維素在準(zhǔn)溶劑中的溶脹過(guò)程
圖3纖維素納米纖維的結(jié)構(gòu)與形貌
圖4 纖維素納米纖維的懸浮特性與加工性能
圖5 通過(guò)氫鍵重組手段組裝多維纖維素材料
綜上,可逆的表面工程為從天然纖維素中剝離超高長(zhǎng)徑比CNFs提供了更加簡(jiǎn)易、高效的新思路,設(shè)計(jì)的準(zhǔn)溶劑溶脹作用取代傳統(tǒng)機(jī)械處理,降低能量消耗、設(shè)備需求以及對(duì)CNFs結(jié)構(gòu)的破壞;CNFs表面結(jié)構(gòu)的可逆性,通過(guò)恢復(fù) CNFs 間的氫鍵和范德華相互作用以顯著提高纖維素材料的力學(xué)性能。這使得CNFs從制備到組裝具有更加廣闊的應(yīng)用前景,并為開發(fā)高強(qiáng)度、可持續(xù)的天然纖維素材料提供了一個(gè)平臺(tái)。
原文鏈接:https://doi.org/10.1002/adma.202312220
課題組網(wǎng)頁(yè):https://www.x-mol.com/groups/Chang_cy
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