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華南理工大學(xué)方志強(qiáng)副研究員《Small》 ：高強(qiáng)、高韌、超耐折的透明紙
2024-04-12  來(lái)源：高分子科技

  科學(xué)穩(wěn)妥推廣塑料替代產(chǎn)品是我國(guó)“十四五”塑料污染治理行動(dòng)方案中主要任務(wù)之一。在此背景下，發(fā)展可持續(xù)、可生物降解的塑料替代品逐漸成為新興研究熱點(diǎn)。木質(zhì)纖維制備的透明紙以其碳中和、可生物降解性、低熱膨脹系數(shù)、良好阻隔性、高透光率、可控的霧度等優(yōu)點(diǎn)，在柔性電子等高附加值領(lǐng)域展現(xiàn)出替代塑料的潛力，具有較高的研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用前景。然而，充分挖掘透明紙?jiān)诹W(xué)方面的潛力，仍是一個(gè)亟待解決的挑戰(zhàn)。



  近日，華南理工大學(xué)方志強(qiáng)副研究員提出了一種通過(guò)巧妙調(diào)控木質(zhì)纖維結(jié)構(gòu)的策略，成功研發(fā)出一種高強(qiáng)、高韌、超耐折的透明紙。首先，采用微波輔助的氯化膽堿/乳酸深共熔溶劑（DES）技術(shù)分離出云杉木材纖維，并破壞木質(zhì)纖維的S1層以促進(jìn)細(xì)纖維化。接著，通過(guò)羧甲基化處理，促進(jìn)纖維的均勻潤(rùn)脹，從而在成紙過(guò)程中改善了纖維間的相互作用(圖1a)。所制備的透明紙不僅具有高達(dá)90%的高透光率（550 nm），還展現(xiàn)了優(yōu)異的力學(xué)性能，如超過(guò)26,000次的折疊耐久性，248.4 MPa的拉伸強(qiáng)度，以及15.6 MJ/m3的韌性(圖1b-c)。這項(xiàng)工作為使用木質(zhì)纖維制備具有優(yōu)異力學(xué)性能的透明紙開辟了新途徑，并有望拓展其在通常由高性能不可再生塑料主導(dǎo)的領(lǐng)域的應(yīng)用。相關(guān)成果以“Strong yet tough transparent paper with superb foldability”為題發(fā)表在《Small》上。華南理工大學(xué)輕工科學(xué)與工程學(xué)院的林曉琪和李玉潔為共同一作。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金委、制漿造紙工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和中央高；緲I(yè)務(wù)費(fèi)的資助。同時(shí)，廣東工業(yè)大學(xué)的邱學(xué)青教授也提供了悉心指導(dǎo)。


圖1（a）從天然木質(zhì)纖維到高強(qiáng)、高韌、超耐折透明紙。相較于其他紙張，透明紙?jiān)诶鞆?qiáng)度和韌性（b）以及耐折性能（c）上的優(yōu)勢(shì)。


圖2 DES制漿過(guò)程及羧甲基化改性纖維的表征。


圖3 DES紙和CM-DES紙的力學(xué)性能和光學(xué)性能評(píng)估。


圖4 纖維結(jié)構(gòu)對(duì)提升紙張力學(xué)性能的關(guān)鍵作用。


  上述工作是近期關(guān)于透明紙的最新進(jìn)展之一。方志強(qiáng)副研究員致力于透明纖維素薄膜強(qiáng)韌化和功能化，以及其在柔性電子、能源、環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用。相關(guān)的成果發(fā)表在Journal of Colloid and Interface Science. 2024, 660, 555；Carbohydrate Polymers. 2023, 321, 121250；IEEE Electron Device Letters, 2022, 43(12), 2113；Chemical Engineering Journal. 2022.439, 135776、Advanced Materials Technologies. 2021, 6(2): 2000928；Carbohydrate Polymers. 2021, 259: 117759；Journal of Materials Chemistry C. 2020, 8, 12578；ACS Applied Materials & Interfaces, 2020, 12(28): 31998；Matter. 2020, (4)2: 1000；Composites Part B: Engineering. 2019, 177: 107399等期刊上。


  原文鏈接：https://doi.org/10.1002/smll.202400151

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（責(zé)任編輯：xu）
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