馬里蘭大學胡良兵教授今日Nature綜述:深度解析原纖化纖維素作為一種可持續發展的材料

CYM 3年前 (2021-02-04) 5122瀏覽

【引言】

眾所周知，離開化石燃料時代走向可持續的未來，將需要具有低甚至零碳凈排放的高性能可再生材料。纖維素是地球上最豐富的生物聚合物，廣泛存在于樹木，農作物廢物和其他生物質中，作為植物和某些藻類細胞壁以及細菌分泌的生物膜的結構成分而存在。除了作為潛在可持續材料的優勢之外，纖維素還具有多種功能和源自其獨特多維結構的轉化應用。纖維素纖維可以分為直徑不斷減小的纖維（從小于100 μm到大約2-4 nm），這些纖維最終由有序的線性纖維素分子鏈組成。可以將包含纖維素的纖維分解為具有變化的，可控制的尺寸并延伸至納米級的結構單元，稱為原纖化纖維素。原纖化纖維素是從可再生資源中收獲的，因此其可持續發展潛力與其他功能特性（例如，機械，光學，熱和流體特性）相結合，賦予了這種納米材料獨特的吸引力。

近日，美國馬里蘭大學胡良兵教授（通訊作者）探索了原纖化纖維素的新興應用潛力，尤其是作為現有技術材料的可持續和實用替代品。為了更加清楚的描述，使用術語“原纖化纖維素”來描述已分解成較小原纖維的纖維素纖維。原纖化纖維素在材料制造中的應用，從復合材料和宏觀纖維到薄膜，多孔膜和凝膠。同時討論了這些結構的實際開發的研究方向，以及在纖維纖維素材料能夠充分發揮其潛力之前需要克服的剩余挑戰。此外，原纖化纖維素比金屬和石油基納米材料便宜得多，并且可以工業規模生產，提供額外的經濟優勢。預計原纖化纖維素的加速采用，將促進石油基產品向生物基產品的轉變，以支持更可持續的循環經濟。最后，作者重點介紹了成功擴大這一系列材料制造規模的一些關鍵問題。相關研究成果以“Developing fibrillated cellulose as a sustainable technological material”為題發表在Nature上。

【圖文導讀】

圖一、原纖化纖維素的概述