【48812】我国科大研制一种生物组成的纤维素基绝缘纳米纸

  跟着人类对南极洲、月球和火星等极点环境探究的深化，不断出现的极点环境条件，包含强紫外线和高低温替换环境等，渐渐的变成了往后深化探究的首要妨碍。在这些极点环境下，资料的物理化学特性会发生显着的改变，严峻时乃至会导致重要设备和设备的损坏。在传统资料傍边，金属和陶瓷自身就具有超卓的机械功能和对极点环境的耐受性，但金属资料面对密度过高分量过大的问题，而陶瓷资料则面对脆性和难以加工等问题。另一方面，尽管聚合物具有轻质和可塑的特色，但现在大多数聚合物基复合资料在极点环境长时间执役会发生高温软化和低温脆性等问题。因而，规划和制备一种能长时间在极点环境下执役的高功能防护资料是资料范畴面对的难题之一。

  近来，我国科学技术大学俞书宏院士团队报导了一种高功能纤维素基纳米纸资料，其在极点条件下仍可坚持优异的机械和电绝缘功能。该纳米纸是经过该研讨团队前期开展的气溶胶辅佐生物组成（AABS）办法，使用细菌产出的纤维素纳米纤维（BC）将涣散在资猜中的组成云母（S-Mica）均匀而严密地缠结而取得的。相关效果以“Nacre-inspired bacterial cellulose/mica nanopaper with excellent mechanical and electrical insulating properties by biosynthesis”为题宣布在世界期刊Advanced Materials上（Adv. Mater. 2023, 2300241）。论文榜首作者为博士研讨生孙文彬和韩子盟，通讯作者为合肥微标准物质科学国家研讨中心管庆方副研讨员和俞书宏院士。

  图1复合纳米纸的的制备与结构。（a）生物组成复合纳米纸的结构进程示意图；（b）纳米纸的数码相片；（c）纳米纸的仿珍珠母的“砖-泥”结构。

  首要，研讨人员使用AABS战略用细菌纤维素将组成云母纳米片均匀负载到复合水凝胶中，之后经过热压的方法得到终究的仿珍珠母结构的纳米纸资料（图1）。得益于纳米纸的精密的“砖-泥”结构，所得到的纳米纸表现出高强度（~375 MPa）、高模量（~14.9 GPa）、高韧性（~16.44 MJ m-3）、可折叠性和抗曲折疲惫性等优异的力学功能。一起，资料内部的“砖-泥”结构充沛的发挥了云母的高介电强度，然后赋予了该纳米纸较高的电击穿强度（145.7 kV mm-1）。与纯纤维素纳米纸比较，该复合纳米纸的耐电晕寿数显着提高，乃至超过了商用聚酰亚胺（PI）薄膜。

  图2.纳米纸的归纳功能。（a）纳米纸的力学功能表征；（b-c）纳米纸的归纳功能与文献中绝缘资料的比照；（d）纳米纸热振前后的力学功能比照；（e）纳米纸在液氮中曲折相片；（f）纳米纸的热膨胀系数；（g）纳米纸对原子氧的耐受性表征；（h-i）纳米纸对紫外线的耐受性表征。

  此外，该项研讨报导的BC/S-Mica纳米纸在高低温替换、紫外线和原子氧AO等极点条件下仍表现出优异的归纳功能，这为未来对极点环境的探究供给了一个极好的防护资料挑选。

  该作业遭到国家自然科学基金项目、国家要点研制方案项目、我国高校协同立异方案和安徽省要点研制方案项目等支撑。