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  生物基高分子材料具有節(jié)約石化資源和保護(hù)環(huán)境的雙重功效，是當(dāng)前學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界同時(shí)追逐的熱點(diǎn)之一。但是目前的研究和開發(fā)工作主要集中于熱塑性材料，對(duì)于生物基熱固性樹脂的研究則相對(duì)較少。和石油基熱固性樹脂一樣，生物基熱固性樹脂在固化交聯(lián)之后，同樣面臨著難降解、難回收的問題，如何實(shí)現(xiàn)其全壽命周期綠色化以及可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。

  中科院寧波材料所劉小青研究員基于自己多年的生物基熱固性樹脂研究經(jīng)驗(yàn)（Progress in Polymer Science, 2021,113,101353），提出開發(fā)生物基材料的本質(zhì)是為了實(shí)現(xiàn)對(duì)生物碳的高效利用。為了實(shí)現(xiàn)生物基熱固性樹脂在使用之后的再次高附加值利用，他們嘗試著利用激光燒蝕的方法，將高性能生物基熱固性樹脂轉(zhuǎn)化為功能性碳材料（Carbon, 2020, 163, 85-94；Carbon, 2021, 183, 600-611），擬完成從“生物碳”到“生物基樹脂”再到“功能化碳”的閉環(huán)轉(zhuǎn)化。

  近日，受自然界中具有極高太陽光利用效率的針葉森林結(jié)構(gòu)啟發(fā)，該團(tuán)隊(duì)通過碳材料多級(jí)結(jié)構(gòu)調(diào)控，構(gòu)建了一種由多孔石墨烯“樹”密排列成的三維石墨烯薄膜（Forest-like LIG）。這種獨(dú)特的多級(jí)結(jié)構(gòu)使得入射光在“樹”之間以及“樹枝”之間進(jìn)行多次反射，顯著減小了石墨烯的光反射。結(jié)合石墨烯本身的光熱特性，F(xiàn)orest-like LIG在太陽光全波長范圍內(nèi)表現(xiàn)出優(yōu)異的吸光率（平均吸光度達(dá)到99%）和光熱轉(zhuǎn)換性能（在一個(gè)太陽光強(qiáng)度的氙燈照射下平衡溫度達(dá)到90.7 ± 0.4 °C）。

圖1. 樹林狀LIG的微觀形貌和結(jié)構(gòu)表征

  同時(shí)因?yàn)镕orest-like LIG獨(dú)特的化學(xué)性質(zhì)及表面微納結(jié)構(gòu)，材料表現(xiàn)出超疏水性能�；谶@兩種特性，該團(tuán)隊(duì)對(duì)Forest-like LIG在光熱驅(qū)動(dòng)以及海水淡化領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了演示。光熱驅(qū)動(dòng)器F-actuator表現(xiàn)出極短的響應(yīng)時(shí)間，高的運(yùn)動(dòng)速度，靈活的運(yùn)動(dòng)路徑和運(yùn)動(dòng)方式可設(shè)計(jì)性；基于Forest-like LIG所構(gòu)建的雙層太陽能界面海水淡化薄膜表現(xiàn)出高的太陽能利用效率以及優(yōu)異的排鹽性質(zhì)。這揭示了Forest-like LIG在光熱領(lǐng)域巨大的應(yīng)用潛力。

圖2. 雙層太陽能界面海水淡化膜的海水淡化效率以及排鹽性能

  相關(guān)成果以“Forest-Like Laser-Induced Graphene Film with Ultra-High Solar Energy Utilization Efficiency”為題在材料領(lǐng)域Top期刊《ACS Nano》上在線發(fā)表。彭云燕博士為論文的第一作者，劉小青研究員為通訊聯(lián)系人。項(xiàng)目得到了國家萬人計(jì)劃，浙江省萬人計(jì)劃，國家自然科學(xué)基金，浙江省杰出青年基金和寧波市自然科學(xué)基金的支持。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsnano.1c06277