Adv. Mater.：用于生物基電子設備的甲殼素二維軟材料

【引言】

2D納米材料依照性能有很多尺寸和形態，可應用于電子、光學、傳感器和操縱件中。然而這些無機的2D納米材料由于其難于合成，造價較高，有毒性，難降解被禁止應用于一些特殊的工業領域。研究者一直致力于尋找有生物相容性的，可持續的，并且可自然降解的生物基2D納米材料。據報導一種疏水性界面組裝的方法可以從海洋生物梭子蟹中提煉出一種前所未有的納米片。這種材料將會革新新一代2D納米材料。

【成果介紹】

中科院青島生物能源與過程研究所的李朝旭研究員（通訊作者）在Advanced Materials期刊上發表一份名為“Crab Chitin-Based 2D Soft Nanomaterials for Fully Biobased Electric Devices”的文章。通過疏水性界面組裝的方法從海洋生物梭子蟹中提煉出一種納米片材料，這種材料不僅成本低、不污染環境還可用于綠色電子的導電部件，電子、生物降解電路和生物設備等。

【圖文簡介】

圖1 ?納米片角素的合成方法和纖維特征

A)從梭子蟹到納米片角素的兩步驟合成程序。步驟一：將梭子蟹溶解到NaoH水溶液中。步驟二：通過疏水化角素形成納米片角素。

B,C)TEM圖像。

D)納米片角素的AFM圖像。

B中的插圖是由剛果紅染色的熒光圖像。D中的插圖是沿著指示線的高度剖面。

圖2 納米片角素的形成機制

A)納米片角素誘導界面集結的示意圖，角素致使空氣乳化和甲殼素分子的聚集，甲殼素在界面上的聚集產生空心甲殼素囊泡，經過攪拌破乳產生納米片角素。

B）甲殼素粉末和納米片的¹³C CP/MAS 固態NMR光譜。

C）疏水化引起的空氣乳化隨時間變化的光學顯微特征圖：(I) 0 h, (II) 2 h, and (III) 3 h.比例尺是500μm。

D）不同疏水化時間下角速度和粘度的函數曲線。

E）納米片角素的高倍顯微特征：I) AFM和 II) SEM.

F）甲殼素在界面上的聚集產生空心囊泡。

G)甲殼素粉末和納米片的XRD圖像，實驗條件：2 wt%的甲殼素溶液。

圖3 甲殼素納米片的皮克林乳化和碳化

A)在不同濃度的納米片角素中存在的異辛烷水乳劑液滴。頂層：03 wt%和下層：0.3 wt%。比例尺是100μm。

B）納米片角素濃度與異辛烷水乳劑液滴直徑的關系圖。

C,D）在0.03 wt% (C)和0.3 wt%(D)納米片角素之中的冷凍異辛烷水乳劑液滴的SEM圖。插圖給出了在相應液滴周圍受限納米片角素的示意圖。

E-G)碳納米片的顯微特征：

E) SEM；

F) TEM，插圖是碳納米片在乙醇中的分散性；

G) AFM，插圖給出了沿著指示線的高度剖面。

H)在800℃和900℃碳化溫度下碳納米片的XPS光譜。

圖4 用于超級電容器和柔性電路的碳納米片

A-C）碳納米片的電子化學特征：

A）CV曲線,

B）在1 A g^?1充電/不充電的電壓分布；

C）5A g^?1下的循環穩定性，插圖是經過10000次循環后充電/不充電電壓分布的變化。

D）甲殼素和碳納米片混合膜橫截面的SEM圖片。

F）甲殼素和碳納米片經過濾罩連續過濾在透明甲殼素基質上得到的柔性碳回路。

G）帶有混合回路碳和甲殼素層橫截面的SEM圖像。

H）混合回路的拉伸應力-應變曲線。插圖是其導電性。

I）混合回路在土壤中生物降解與時間的函數圖。

圖5 甲殼素基電子傳感器

A)應變傳感器的相對電阻與應變曲線。插圖是它的安裝示意圖。

B)應變傳感器的阻力于重力曲線。插圖是它的安裝示意圖。

C)重力傳感器的循環穩定性曲線。

D)腕關節彎曲過程中的運動感知圖示。

【小結】

從低廉的海洋生物梭子蟹中提煉出的納米片，不僅滿足電子設備性能的需要，更是綠色環保，可持續發展。這種材料將會革新新一代2D納米材料，也算是未來科研工作者主要研究的方向。

文獻鏈接：Crab Chitin-Based 2D Soft Nanomaterials for Fully Biobased Electric Devices（Adv. Mater., 2017, DOI: 10.1002/adma. 201606895）

整理人：段鵬超。材料牛網專注于跟蹤材料領域科技及行業進展，這里匯集了各大高校碩博生、一線科研人員以及行業從業者，如果您對于跟蹤材料領域科技進展，解讀高水平文章或是評述行業有興趣，點我加入材料人編輯部。

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