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。     

木质纳米纤维素基材料热传导性能研究进展

木质纳米纤维素基材料,如气凝胶或泡沫,具有原料广泛、生物可降解且多孔性等特征。作为常温常压下使用的非导体材料,其热传导主要取决于气体传导,其次为固体传导,而对流和辐射换热则可忽略不计。研究者致力于通过筛选干燥方式（如超临界干燥、冷冻干燥、气干或者烘干）、优化干燥工艺参数、添加纳米填料以及疏水改性来调控材料的孔径以及超微结构,进而获得热导率低于空气热导率,室温下为25 mW/（m·K）的超级保温材料。这类材料有望替代市场上常见的建筑或包装用石油基保温材料,可极大地减少环境污染压力。文中概述木质纳米纤维素基材料的热传递过程,讨论木质纳米纤维素基材料的热传导及其影响因子和作用机制,期望对开发新型的、具有低热导率的超级保温材料提供参考。     

纳米纤维素在微胶囊中应用的进展

纳米纤维素来源广泛,具有优异的化学和电化学稳定性,机械强度和刚度高,大表面积以及轻质等特点,同时还具有广泛的可利用性、可再生性和生物降解性,已成为纳米技术研究重点之一。作者归纳纳米纤丝化纤维素、纳米晶纤维素、细菌纳米纤维素的制备方法,及在微胶囊壁材应用方面的研究进展,提出今后纳米纤维素在微胶囊应用领域的研究方向。     

各向异性纳米纤维素基水凝胶的制备及应用进展

纳米纤维素是天然一维纳米材料,具有高长径比、机械性能优良、独特的双折射效应等性质。基于纳米纤维素开发制备的各向异性水凝胶材料,表现出与皮肤、肌肉和软骨等天然组织相似的力学、光学、传质等性质的各向异性,在仿生工程、生物医学工程等领域具有优异的应用前景。围绕如何有效地利用纳米纤维素的自身结构特点开发高强度、功能性纳米纤维素基水凝胶,从制备方法、性质特征和应用3个角度,综述了近年来各向异性纳米纤维素基水凝胶的研究进展：系统总结了各向异性纳米纤维素基水凝胶材料自下而上和自上而下2种制备方法;重点阐述了其极高的力学强度、独特的双折射性质、可控的传质途径、各向异性导电、各向异性导热等优异特性;详细介绍了其在机械、显示、传感与生物医学等领域的应用情况。最后,根据各向异性纳米纤维素基水凝胶的研究进展,提出其探索低成本、简便的新型制备方法,提升其多功能性与构建其可预测的本构模型仍是各向异性纳米纤维素基水凝胶未来研究的重点。     

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。     

纳米纤维素基微纳颗粒过滤材料研究进展

利用木材等生物质资源制备的纳米纤维素,因其独特的纳米结构和性能优势在诸多领域广泛应用。纳米纤维素具有精细的尺寸,且表面含有大量的羟基,其组装制备的材料可以拦截微纳尺寸的颗粒,纳米纤维素间的孔隙有利于水分和其他类型的亲水性液体的快速流动通过。开发纳米纤维素基微纳颗粒过滤材料,不仅有利于环境净化、回收昂贵的微纳颗粒,而且为纳米纤维素基材料的提质增效提供新的研究思路。本文综述纳米纤维素基微纳颗粒过滤材料的开发与应用研究进展。介绍纳米纤维素的类型、制备方法以及结构特征,总结利用纳米纤维素为基本单元来构筑纳米纤维素/电纺纤维复合材料、纤维素纳米纸和纳米纤维素凝胶薄膜的方法,阐述利用不同类型的纳米纤维素基过滤材料分离不同类型微纳颗粒的过滤效果,并对此领域研究面临的问题以及未来重点研究方向进行展望分析。     

纳米纤维素基紫外屏蔽膜材料的研究进展

纳米纤维素是一种高透明度、高机械强度的材料,使用不同的方法如真空过滤法、溶液浇铸法等可将其制备成膜材料。通过对纳米纤维素进行改性或添加紫外屏蔽剂可以提高膜材料的紫外屏蔽性能,实现其在光敏材料覆膜、食品包装、紫外防护等领域的应用价值。首先介绍了紫外屏蔽剂作用机制,重点综述了改性纳米纤维素、纳米纤维素/无机氧化物、纳米纤维素/木质素及其他复合紫外屏蔽膜材料的研究进展,最后总结并展望了纳米纤维素基紫外屏蔽膜材料制备及应用所面临的机遇和挑战。     

纳米纤维素基水凝胶的制备及其在生物医学领域的应用进展

纤维素纳米晶体(cellulose nanocrystals,CNCs)和纤维素纳米纤维(cellulose nanofibrils,CNFs)具有独特的理化性质,例如,比表面积高(100 m2/g)、机械性能优越(弹性模量130～150 GPa)、密度低(低至1.6 g/cm3)、膨胀系数小(低至0.1×10-6/K)、生物相容性好、表面多羟基结构容易进一步修饰等,且原料易得、可再生和生物降解,是理想的先进功能材料构建砌块,已被证明是具有良好应用前景的生物基纳米材料。近年来,纳米纤维素基水凝胶引起了大量的关注,并且其在生物医学领域的应用得到了广泛研究。笔者主要综述了CNCs和CNFs基水凝胶的制备及其在生物医学应用的研究进展。首先介绍了制备CNCs基水凝胶的物理交联法和化学交联法,以及CNFs与金属离子交联、CNFs与聚合物交联两种制备CNFs基水凝胶的方法;其次重点介绍了CNCs和CNFs基水凝胶在药物递送、创伤敷料和组织工程支架中的应用;最后总结了CNCs和CNFs基水凝胶在生物医学领域的应用前景和面临挑战,并指明了CNCs和CNFs基水凝胶在生物医学领域研究的发展方向。     

纤维改性提高纤维素纸基摩擦纳米发电机的输出性能

以纤维素纸为基底或电正性摩擦材料的摩擦纳米发电机在柔性电子器件具有潜在应用前景,然而纤维素纸基摩擦纳米发电机需要在高工作频率下才能获得良好的输出性能,限制了纤维素纸基摩擦纳米发电机的应用与发展。为提高纤维素的电正性摩擦性能,将银纳米颗粒原位负载于纤维素纤维表面,制备纳米银复合纸(Ag@paper),并以Ag@paper与聚四氟乙烯薄膜(PTFE)为摩擦材料构建纸基摩擦纳米发电机(P-TENG)。结果表明:P-TENG开路电压可达95 V,短路电流可达0.19μA。该P-TENG在长期工作过程中还能防止细菌生长,因而可用于开发新型可穿戴电子产品。     

无石棉纸基摩擦材料

无石棉纸基摩擦材料具有高摩擦系数、低动静系数比、传递扭矩高、制动效果好的特点，广泛用于汽车、拖拉机、工程机械等的离合器和制动器中。该材料代替铜基摩擦材料，具有节能、节材的优点。用于工程机械中，可使其小型化，提高工程机械的载重能力；用于汽车中，可提高汽车的速度及车辆运行的稳定性。与国外同类产品比较，在同种条件下，动、静摩擦系数相同，摩擦率小于国外产品，居国内领先水平。     

功能性纤维素基水凝胶材料及其应用研究进展

水凝胶是一类经物理或化学交联形成具有独特三维网络结构的软物质材料,具有良好的生物相容性、优异的柔韧性、结构可设计性和功能可调性,在多功能材料领域备受关注.纤维素是自然界中含量最丰富的天然高分子材料,除了生物相容性好、可生物降解和可再生等优点,纤维素大分子链上的多羟基结构具有形成多重氢键作用的特点,易与水凝胶基体形成良好...     

纤维素基电极材料在柔性超级电容器中 的应用研究进展

纤维素是自然界中一种轻质、生物相容性好以及柔韧性强的生物高分子材料,在柔性超级电容器、生物传感器以及电磁屏蔽等领域得到了广泛应用。在柔性超级电容器领域中,纤维素基材料的多羟基结构是电解质离子传导的良好介质,有助于提高电极材料的电容特性以及循环特性,并且易与导电活性材料(如:石墨烯、碳纳米管、导电高分子)通过涂布、共混、层层自组装以及原位聚合等方法构建导电框架以制备柔性电极材料。综述了基于纤维素材料的柔性超级电容器电极开发的相关研究,重点介绍了基于不同纤维素基原料(原生纤维素、纳米纤维素以及纤维素衍生物)制备柔性超级电容器电极的方法以及所得电极的电化学性质,分析归纳了纤维素基材料在柔性电极中的主要作用:作为骨架支撑柔性电极材料、充当柔性基底(可兼有隔膜作用)、形成多孔结构传输电解质离子。最后,对纤维素材料在柔性电极材料领域的发展趋势进行了展望。     

纳米羧甲基淀粉在微涂纸中的应用

采用双螺杆挤压技术制备了纳米羧甲基淀粉(NCMS),并研究其作为涂布胶黏剂用于微量涂布纸的性能,结果表明:颗粒达纳米级,且颗粒平面较平整;NCMS和氧化淀粉均为负电性,且NCMS的负电荷密度较低;NCMS具有优良的成膜性,且膜强度高,拉伸强度4.67 MPa,断裂伸长率为26.9%。NCMS取代氧化淀粉制备轻涂纸涂料,能显著提高涂料的保水性能,当NCMS用量14%时,涂料的保水值为43.6 g/m~2,涂布纸的印刷表面强度为0.89 m/s,纸页的纵向抗张指数为47.8(N·m)/g,横向抗张指数为21.7(N·m)/g,油墨吸收性为36.8%,印刷光泽度61%。与20%普通氧化淀粉相比,保水性能提高25.3%,涂料的黏度下降12.4%,制得的涂布纸的印刷表面强度、抗张强度均有不同程度提高。     

纤维素基超疏水材料的研究进展

纤维素是一种可再生的生物材料,具有良好的力学性能、柔韧性和透气性。通过对纤维素表面进行物理和化学改性,可实现纤维素表面超疏水化,从而扩大纤维素的应用范围。本文概述了纤维素基超疏水材料的研究成果和现状,重点介绍了浸渍法、喷涂法、接枝聚合法、气相沉积法、水热法等方法在滤纸、棉纤维、微球等纤维素基材上构建纤维素基超疏水材料。     

白腐菌在木质纤维素降解中的应用进展

木质素由于具有各种生物学稳定的复杂键型而不易被微生物降解,进而阻碍了纤维素的降解利用,而纤维素是重要的能源性物质,同时又是纸浆的主要成分,因此有效利用木质纤维素的关键是木质素的去除。本文总结白腐菌在生物制浆、乙醇制备的预处理、堆肥和饲料的制备方面的应用,概括提高白腐菌利用效率的方法,并对使用白腐菌处理木质纤维素材料进行展望。     

纳米纤维素的改性与产业化及其在绿色建材中的应用

作为一种来源丰富且可再生的生物聚合物,纳米纤维素因优异的物理和化学特性而受到广泛关注。然而,未经改性纳米纤维素材料通常表现出较差的热塑性能、过强的亲水性和较低的力学强度,使得产品的热稳定性、受潮稳定性、力学稳定性不太理想。得益于结构中存在的大量化学功能基团,纳米纤维素可以通过各种化学手段实现重要的功能化改性。更重要的是,功能化改性是实现纳米纤维素产业化制备及其在绿色建材领域应用的先决条件。笔者首先综述了纳米纤维素的常见化学改性方法,包括氧化改性、醚化改性、酯化改性、酰胺化改性、非共价表面改性和接枝共聚改性;此外,以中国、北美、日韩和欧洲为例,系统总结了纳米纤维素的产业化进展;在此基础上,对纳米纤维素在绿色建材领域的相关应用进行阐述。通过归纳国内外纳米纤维素产业化关键技术的特点,分析了纳米纤维素现阶段产业化发展所面临的问题与未来方向,为设计与开发含纳米纤维素的高性能绿色建材提供有效指导。     

纤维素基表面活性剂在脱墨上的应用

以纤维素为基体合成表面活性剂,并应用于混合办公废纸(MOW)脱墨中,研究了纤维素表面活性剂与脱墨效果和脱墨浆强度之间的关系.结果表明,单独使用产品羧甲基钠纤维素聚氧乙烯醚(7B424)对提高纸张的白度和减少残余油墨量效果不大,但脱墨浆的强度有明显的提高,其抗张强度和撕裂度分别增加4.73%和15.20%.产品7B424...     

纤维素基材料表面浸润控制技术的研究进展

纤维素基材料具有原料来源广泛、可生物降解和优异的生物相容性等特点,且其本身的粗糙结构对其表面浸润性的改性具有一定的优势。基于浸润性的概念和改性原理,总结了纤维素基材料在疏水、超疏水和亲水疏油三个改性方向上的表面浸润控制技术,重点阐述纤维素基材料的表面超疏水改性技术。