纤维素纳米晶体膜及胆甾型液晶图案的制备

以微晶纤维素为原料,采用硫酸水解法制备了纤维素纳米晶体悬浮液,再通过室温下自然干燥的方法制备了纤维素纳米晶体薄膜。通过扫描电子显微镜、紫外可见分光光度计和偏光显微镜,分别研究了纤维素纳米晶体薄膜的光学性能、内部微观结构以及纤维素纳米晶体悬浮液的光学织构变化。研究结果表明,在质量分数64%硫酸、45℃条件下,水解微晶纤维素2 h后可制得稳定的纤维素纳米晶体悬浮液;超声处理后的悬浮液可形成胆甾型液晶相,随着悬浮液浓度的变化,通过偏光显微镜可以观察到胆甾型液晶的圆盘织构、条纹织构以及特征指纹织构;超声处理后悬浮液制备的纤维素纳米晶体彩色薄膜具有胆甾型液晶结构;利用偏光显微镜观察到的胆甾型液晶纹理和色彩图案具有防伪性能,可将它们制成具有唯一性的防伪标签。     

交联剂用量对纳米纤维素交联气凝胶结构的影响

以1,2,3,4-丁烷四羧酸(BTCA)为交联剂,制备木浆纤维(WPF)/纤维素纳米晶体(CNC)交联气凝胶,探讨交联剂用量对气凝胶的微观形貌、化学结构、晶型结构、孔隙结构的影响规律。结果表明:气凝胶由WPF/CNC相互交织形成三维网络结构,且在WPF周围环绕CNC形成纳米纤维;BTCA交联对气凝胶的结构影响显著,用量增加可致气凝胶的结晶度、比表面积和孔容减小。     

纳米纤维素制备技术及产业化现状

近年来,随着人们对于可再生生物质资源转化利用的日益重视,纳米纤维素因其独特的性质而受到广泛关注。纳米纤维素在高性能复合材料、电子产品、催化材料、生物医用材料和能源等领域的潜在应用引起了学术界和工业界的浓厚兴趣。纳米纤维素与有着近100年发展历史的石油化工产品之间的竞争将是大势所趋。林业行业、建筑业、石化行业和制造业之间的密切合作是将绿色纳米纤维素引入大型消费品市场的关键。纳米纤维素的成本和性能非常具有市场竞争力,其两大主要产品为纤维素纳米纤丝(CNF)和纤维素纳米晶体(CNC)。目前,CNF的制备主要是用化学和酶解等方法对纤维素纤维进行预处理,再通过机械解纤法来分离和减小经过预处理的CNF尺寸。CNC则是利用无机酸、有机酸、氧化、酶解、离子液体、低共熔溶剂(DES)或超临界水法对纯化纤维素处理得到的。CNF和CNC未来的市场发展将取决于新型高效溶剂体系的开发(如固体有机酸和DES等),可大量应用纳米纤维素、有效降低总体生产成本的相关产品(如纳米纤维素复合钻井液、纳米纤维素-水泥复合材料和纳米纤维素改性塑料等)的研发,以及纤维素纳米材料的相关国际标准、生理毒性和使用规范的制订,从而帮助相关部门研发和利用纤维素纳米材料。     

CNF/CNC混合气凝胶的特性研究

通过混合不同类型的纳米纤维素制备混合气凝胶,分析其性能特征。将桉木纸浆经化学预处理,结合机械研磨法制备得到纤维素纳米纤丝(cellulose nanofibril,CNF),桉木微晶纤维素(MCC)经硫酸水解法制备得到纤维素纳米晶体(cellulose nanocrystal,CNC),通过透射电镜与X射线衍射仪观测发现二者具有不同的长径比和结晶度。利用悬浮滴定、叔丁醇置换、冷冻干燥等方法制备球形CNF气凝胶和CNF/CNC混合气凝胶,采用扫描电镜、傅里叶红外光谱仪、比表面积分析仪、万能力学试验机对气凝胶的微观形貌、化学官能团、比表面积、平均孔径及压缩性能进行表征,结果表明:CNF气凝胶内部呈现三维网络结构,片状与纤丝状交织,比表面积为91.07m~2/g,平均孔径为14.81 nm,受压缩到80%应变时,压缩强度为0.125 MPa;添加不同比例的CNC制备CNF/CNC混合气凝胶,当CNC添加量为25%时,气凝胶内部纤丝结构取代片状结构,孔隙更加均匀,比表面积升至143.09m~2/g,压缩强度增至0.2 MPa,化学官能团和晶型结构未发生明显变化。当CNC添加量过大(50%)时,则会造成各项性能的减弱。     

纤维素纳米晶体尺寸控制及其检测技术研究进展

纤维素纳米晶体(CNC)的尺寸控制及其精确检测,是纤维素纳米晶体产业化的难点.系统介绍国内外纤维素纳米晶体尺寸控制及其检测技术的研究进展,分析现有技术问题,提出完善纤维素纳米晶体尺寸控制及其检测技术的建议.     

基于自组装技术的纳米纤维素基功能材料研究进展

层层自组装技术,具有原理简单、易于操作、可调控纳米尺度上组装物质的形貌等优点,在多种制备纳米纤维素基复合功能材料的方法中脱颖而出。基于此原理,以纳米纤维素作为研究对象,按其在复合功能材料中承担的不同角色,详细阐述纳米纤维素基功能复合材料的制备过程、结构特征和功能特性,并提出了层层自组装技术在纳米纤维素基功能复合材料制备中进一步的研究方向。     

纳米纤维素的形貌及快速表征方法的比较

以商品南方松溶解浆、漂白桉木浆为原料,采用硫酸水解法、纤维素酶预处理法、2,2,6,6-四甲基哌啶氧自由基(TEMPO)氧化法以及机械法分别制备了纳米纤维素,利用透射电镜(TEM)、原子力显微镜(AFM)详细表征了不同方法制备的纳米微晶纤维素(CNC)和纳米纤丝纤维素(CNF)。采用了多种商品粒度仪快速定性表征了纳米纤维素的大小,CNC为棒状纳米晶须结构,直径约为20 nm,长度为10~200 nm;CNF一般为网状结构,尺寸较大且分布较宽,单根CNF直径从几纳米到几百纳米不等。依据离心分离以及布朗运动制备的2种仪器非常适合半定量快速表征非网状结构的纳米微晶纤维素,实验重复性也很好。     

纳米纤维素储能研究进展

纳米纤维素是一种来源于植(动)物或微生物的天然绿色纳米材料,拥有高表面化学活性、独特的网络结构、优异的力学强度和高比表面积等优良特性。通过层层自组装、原位化学聚合和电化学沉积等方式,纳米纤维素可与金属氧化物、导电聚合物和二维纳米材料等多种纳米粒子高效复合,形成不同微观尺寸和结构特性的纳米纤维素基多孔膜材料和导电复合材料,在金属离子电池、超级电容器等储能器件用隔膜和电极材料领域具有广阔的应用前景。根据材料来源、制备方法和纤维形态的差异,纳米纤维素可分为纤维素纳米晶体、纤维素纳米纤丝、细菌合成纳米纤维和静电纺丝纳米纤维4大类,目前用于储能材料的主要是前3类。这些纳米纤维素常与水混合成胶体状态,失水后借助氢键自组装(织)形成力学性能和热稳定性优异的薄膜,在电解质溶液中具有良好的保湿能力,易于离子和电子传输,是储能器件隔膜材料的理想选择。纳米纤维素丰富的活性基团、独特的网络结构和易于成膜的特性,可作为骨架材料与其他导电活性成分(主要包括碳纳米材料、金属氧化物和导电聚合物)复合制备储能用电极材料。纳米纤维素也可以直接炭化用于电极材料,其储能性能与石墨化程度密切相关,常通过掺杂改性、多元复合等方式提高储能效率和性能。现阶段纳米纤维素基电极材料有主要碳纤维材料、二维纳米材料、导电高分子材料和多元复合材料,尽管具有无可比拟的性能优势和乐观的应用前景,但纳米纤维素与电极活性材料之间的复合方式、界面相容性以及微观形貌调控等研究尚处于起步阶段,如何最大限度发挥纳米纤维素的尺寸效应和网络结构,构建具有更加精细的纳米体系及高转化效率的储能器件是下一步需要攻克的主要难题。本文在简要介绍纳米纤维素分类和性能的基础上,详细阐述其在储能器件隔膜材料和新型电极材料领域的研究现状,并进一步对纳米纤维素在该领域的发展趋势进行展望。     

纳米纤维素晶体的制备及表征

采用超声波辅助硫酸水解、高速离心取其上清层水溶胶的方法由微晶纤维素(MCC)制备纳米纤维素晶体(NCC),并采用场发射透射电子显微镜(FETEM)、场发射环境扫描电子显微镜(FEGE-SEM)、X射线衍射仪(XRD)和傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)对所制备NCC的尺寸与形态、结构、组成和光谱性质进行分析。结果表明:FETEM和FEGE-SEM观察所制备纳米纤维素晶体形态相同,呈棒状,直径和长度主要分布在2～24nm和50～450nm;XRD图谱表明NCC仍属于纤维素Ⅰ型,结晶度为77.29%,晶粒尺寸为3～6nm;FTIR分析表明所制备的纳米纤维素晶体仍然具有纤维素的基本化学结构。     

纳米纤维素的制备及应用研究进展

纳米纤维素作为纤维素基纳米材料的代表,不但保留了天然纤维素的性质,同时赋予纳米粒子以高强度、高结晶性、高比表面积、高抗张强度等特性,能够明显改善材料的光、电、磁等性能,在复合材料、精细化工、医药载体、药物缓释等领域具有广阔的应用前景。进一步对纳米纤维素的结构进行调控,在纳米尺度操控纤维素超分子聚集体,进行结构设计并组装出稳定的功能性纤维素基纳米材料,即可以纤维素为原料构建具有优异性能的生物质材料,这也正是目前生物质材料和纤维素科学领域的研究热点。概括了目前纳米纤维素的主要制备方法:机械法、化学法和生物法,并对各种制备方法的优缺点进行了讨论,同时综述了纳米纤维素的应用状况,指出了纳米纤维素的制备及应用方面需要解决的主要问题及今后的发展方向。     

CNC负载ZnO纳米复合材料的吸附-光催化性能

以醋酸锌为原料、硫酸水解的纤维素纳米晶(CNC)为模板,通过沉淀法制备CNC负载ZnO纳米复合材料(CNC/ZnO),并进一步经550℃处理,得到CNC/ZnO的碳化产物(C CNC/ZnO)。采用透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、傅里叶红外光谱仪(FT IR)、紫外可见漫反射吸收光谱(UV Vis DRS)对其形貌结构、晶体结构、化学结构和光吸收性能进行表征,并测试其对亚甲基蓝(MB)染料的吸附 光催化性能。结果表明:CNC/ZnO纳米复合材料中,ZnO通过静电作用附着于CNC上,呈棒状及纵横交错排列,分散性得到显著提高;经550℃碳化后,ZnO仍以棒状排列方式沉积于碳化CNC上,排列方式未发生变化。引入CNC模板及碳化处理对ZnO晶体结构及光吸收性能产生重要影响,CNC/ZnO复合材料中,ZnO晶粒尺寸为8.4 nm,高于纯纳米ZnO(6.3 nm),其带隙能(Eg)为3.18 eV;C CNC/ZnO复合材料中,ZnO晶粒尺寸为7.8 nm,Eg值减小至1.75 eV。吸附 光催化性能测试表明:CNC/ZnO纳米复合材料对MB具有良好的吸附性能,黑暗条件下搅拌60 min,对MB的吸附去除率可达58%,开启光照60 min后,其对MB的吸附 光催化去除率增至88%;C CNC/ZnO复合材料对MB具有良好的吸附 光催化协同作用,黑暗下吸附60 min,对MB的吸附去除率为49%,光照60 min后,其对MB的吸附 光催化去除率可达99%。     

纳米纤维素在纸基功能材料中的应用进展

介绍了纳米纤维素的分类及性质,纳米纤维素分为纳米纤维素晶体(NCC)、微纤化纤维素(MFC)和细菌纳米纤维素(BNC)。NCC呈棒状晶须结构,结晶度高且具有高的力学性能;MFC呈纤丝状,具有宽的尺寸范围和更大的长径比,比表面积大,成氢键能力强;BNC呈超细网络状纤维结构,化学纯度和聚合度高,保水能力强。综述了纳米纤维素在纸基增强材料、纸基抗菌材料、纸基过滤材料、纸基导电材料、纸基发光材料、纸基绝缘材料、纸基疏水材料和纸基传感器材料领域的应用现状,并对其在纸基功能材料未来发展方向进行了展望。     

纤维素纳米晶体/SiO_2纳米复合胶体对水性丙烯酸涂料性能的影响

为改善纳米SiO_2在水性聚丙烯酸(poly acrylic acid,PAA)涂料中的分散性,以纤维素纳米晶体(cellulose nanocrystal,CNC)为模板,正硅酸乙酯为硅源,通过溶胶凝胶法在CNC表面原位聚合形成纳米SiO_2,制备CNC/SiO_2复合胶体,并以复合胶体改性水性PAA涂料,探讨了CNC、纳米SiO_2以及CNC/SiO_2复合胶体对水性PAA涂料的影响规律。结果表明,以CNC为模板负载SiO_2制备得到的CNC/SiO_2复合胶体加入水性PAA涂料中可以有效提高SiO_2在PAA涂料中的分散性,改善了SiO_2与PAA的界面相容性。经CNC/SiO_2复合胶体改性后,PAA涂料中形成了氢键和微量的酯基。相比CNC和SiO_2,CNC/SiO_2复合胶体改善了水性PAA涂料的物理力学性能。当CNC/SiO_2复合胶体添加量为5%时,PAA涂料的硬度由H增大到6H,附着力由四级提高到一级,黏度由979.3 mPa·s减小到480.8 mPa·s,表干时间由60 min延长至130 min。     

聚乙烯醇/纳米纤维素晶体复合膜热学性能

以微晶纤维素(MCC)为原料,通过硫酸水解得到纳米纤维素晶体(NCC),再将纳米纤维素晶体与聚乙烯醇复合共混制备聚乙烯醇/纳米纤维素晶体复合膜,研究复合膜的热学性能,同时采用场发射透射电镜(FETEM)、场发射扫描电镜(FE-SEM)、原子力显微镜(AFM)、热重分析(TG)、差示扫描量热仪(DSC)等仪器对纳米纤维素晶体及其复合膜进行表征与分析。结果表明:所制得的纳米纤维素晶体直径约2～24nm,50～450nm长,呈棒状;由FE-SEM图可观察到纳米纤维素晶体与聚乙烯醇具有良好的界面相互作用,但在较大添加量7%时,NCC出现部分团聚,与基体的相容性下降;由TG和DSC分析说明NCC与PVA基体可较好相容,形成了热稳定性较好的复合膜,但当NCC添加量较大时,由于团聚使复合膜热稳定性下降。     

纤维素自组装纳米粒子的研究进展

针对纤维素自组装纳米粒子(CSANPs)中两亲性纤维素聚合物的骨架结构、疏水侧链和自组装响应类型进行了归纳,并介绍了CSANPs在不同条件下的粒径、形态和结构。CSANPs普遍具有智能响应性能(如温度、pH值等),在智能材料和生物医学领域有重要的应用,尤其在可控药物释放方面。新型的微观结构、尺寸、形态可控的且具有光、磁、热、生物学等性能的可降解CSANPs正成为纤维素材料领域的研究热点。     

高温煅烧纤维素纳米晶体对水性木器涂膜耐霉性能的影响

研究了高温煅烧前后纤维素纳米晶体(CNC)添加量对水性涂膜硬度、附着力、抗冲击强度、色差及对水性涂膜耐霉性能的影响。结果表明:加入CNC与高温煅烧后CNC的水性涂膜硬度均能提高,加入CNC的水性涂膜比加入高温煅烧后CNC的水性涂膜硬度高;CNC与高温煅烧后CNC对水性涂膜的附着力和抗冲击力影响不大;CNC对水性涂膜的色差影响最大值为8.4,高温煅烧后CNC对水性涂膜的色差影响最大值为5.7,比高温煅烧前的涂膜色差最大值小2.7,颜色更加均匀;水性木器涂膜中加入高浓度CNC比加入低浓度CNC有更好的耐霉效果,加入高温煅烧后的CNC对木霉有更好的抑制作用。     

球磨-酶解法制备纳米竹纤维的结构表征

采用机械球磨对竹纤维进行预处理,再经纤维素酶水解制备纳米竹纤维。通过光学显微镜(OM)、透射电子显微镜(TEM)、傅立叶红外光谱仪(FTIR)和X射线衍射仪(XRD)对竹纤维的形貌、组成、光谱学性能以及晶体特性进行了表征。实验结果表明:球磨法和酶解法在一定程度上都可以细化竹纤维;球磨预处理有助于竹纤维的酶解过程,且球磨-酶解法制备的纳米竹纤维粒径在100 nm左右;所制备的纳米竹纤维仍然保持竹纤维的基本化学结构,但球磨处理破坏了纤维素的结晶结构,其结晶度由64.15%降低到了38.55%。     

液氮冷冻干燥法制备纳米纤维素气凝胶

纤维素气凝胶被誉为继有机气凝胶和无机气凝胶之后的新一代气凝胶,是新生的第三代材料,在吸附材料等领域具有广阔的应用前景。笔者先以微晶纤维素(MCC)为原料经硫酸水解法制得纳米纤维素(NCC),再通过无机盐溶液物理凝胶成型法、叔丁醇置换和液氮冷冻干燥制备球形纤维素气凝胶。利用场发射扫描电子显微镜(SEM)、万能力学试验机、热重分析仪、全自动比表面积及孔隙分析仪对所制备的纳米纤维素气凝胶的力学性能、微观形貌、比表面积、孔径分布及热稳定性进行表征分析。结果表明,液氮冷冻干燥法制备的球形纳米纤维素气凝胶主要为疏松多孔的三维层状结构同时存在少量三维网络结构,其比表面积在104.07~164.97 cm~2/g之间,孔径主要分布在10~25 nm内;纳米纤维素气凝胶的力学性能、压缩强度、密度随着纳米纤维素质量分数的增加而变大;纳米纤维素气凝胶的热稳定性与微晶纤维素和纳米纤维素相似。     

纳米纤维素/聚乙二醇固-固相变材料的制备及其储能性能的研究

介绍了以纳米纤维素(NCC)为骨架材料、聚乙二醇(PEG)为相变储能功能基,采用化学接枝的方法制备一种NCC/PEG固-固相变材料.并分别用IR、DSC以及TGA等技术手段对其储能性能进行表征.结果表明,以纳米纤维素为骨架材料制备的固-固相变材料具有更高的相变焓,所得的相变材料具有更好的储能效率,其相变焓最大可达 103.8 J/g.     

纳米纤维素基导电材料及其在电子器件领域的研究进展

为了应对全球日益严重的环境污染和资源短缺,近年来,可再生、环境友好的生物质材料受到越来越多的关注。纤维素是地球上产量最大的生物质,在自然界中分布广泛且含量丰富,具有资源优势的同时还具有可生物降解、无毒等优点。纳米纤维素是一种可通过物理、化学或生物方法从原纤维中分离出的直径为纳米级的纤维素材料,其优异的力学、光学和热稳定性使其在电子器件领域具有广阔的应用前景。纳米纤维素结构的基本属性对其在新兴应用设计和产品制造上至关重要。因此,笔者在介绍纳米纤维素不同维度结构的基础上,对纳米纤维素基导电材料制备过程中的改性和炭化处理研究进展,以及其在电子、储能器件领域所取得的应用研究进展进行了综合评述,并对其在应用过程中存在的问题进行了分析。最后,就纳米纤维素基导电材料未来应用研究的重点和方向阐述了自己的观点,认为应该在降低纳米纤维素材料的制备成本以提高纳米纤维素的生产效率,以及开发既能方便储存运输又不会导致纳米纤维素聚集的新方法等方面加强投入。