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中國科學家立大功!解決世界性問題 奈米複合材料獲得成功

2019-02-04 16:37:26

奈米材料獲得實際應用的關鍵技術是什麼?如何將奈米材料組裝成巨集觀尺度體材料並保持其奈米尺度的獨特效能,目前科學家們最大的挑戰了吧!將奈米材料組裝成巨集觀尺度體材料可實現許多新的且單個奈米顆粒所不具備的性質。

中國科學家立大功!解決世界性問題 奈米複合材料獲得成功

近日,中國科學技術大學俞書巨集教授發現一種通用的生物合成方法——固態基底-氣溶膠生物合成法。通過將傳統木醋桿菌液態發酵基底替換為固態,穩定了微生物合成的奈米纖維素的介面,通過原位實時程式化沉積奈米單元氣溶膠,實現了原位生長的奈米纖維素與不同奈米單元的均勻複合,首次成功製備了一系列奈米結構單元含量可控、形狀規則的巨集觀尺度大塊細菌纖維素奈米複合材料。相對於傳統漿料法,該生物合成過程完整地保留了細菌纖維素的三維奈米網路結構。所製備的複合材料塊材在保留其奈米單元奈米尺度優良效能的同時,具有更為優異的強度。

這種固態基底-氣溶膠生物合成法是一種通用的方法,可製備一系列由不同奈米材料與細菌纖維素的巨集觀複合塊材,包括零維(0D)奈米單元(二氧化矽奈米球、四氧化三鐵微球、炭黑顆粒等),一維(1D)奈米單元(碳奈米管、矽酸鈣奈米線、碳化矽線等),二維(2D)奈米單元(氮化硼奈米片、氧化石墨烯、奈米粘土片等)。在所製備的塊材中,奈米材料含量在0~85 wt%範圍內可調,而且微觀上奈米材料均勻地分佈在巨集觀尺度的三維奈米纖維素塊材網路中。

所製備的塊材很好地保留了其奈米單元奈米尺度的優良效能。其中,碳奈米管/細菌纖維素複合材料薄膜的導電性與力學強度綜合性能優於以往報道的所有同類材料。此外,在保持高強度的同時,這種複合材料薄膜的電磁遮蔽效能也優於已報道的同類材料。這種常溫常壓下的微生物發酵過程不涉及任何有機溶劑的使用,也不產生任何有害物質的排放,具有環境友好、成本低等優勢。特別地,這種新的固態基底-氣溶膠生物合成法可靈活地與目前食品工業細菌纖維素生產工藝相結合,有望實現上述高效能複合材料塊材的工業化生產。這類奈米複合材料具有廣闊的應用前景。

該項研究受到國家委創新研究群體、國家自然科學基金重點專案、中國科學院前沿科學重點研究專案、中國科學院奈米科學卓越創新中心、合肥大科學中心卓越使用者基金的資助。

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