科研｜我科學家成功研製可降解仿生透明薄膜

2020-08-17 安徽農業科學

塑料垃圾對生態環境造成了巨大危害，對人類健康也產生巨大的威脅，發展新一代可持續塑料替代材料迫在眉睫。《科技日報》記者從中國科學技術大學獲悉，該校俞書宏院士團隊成功研製了一類超強、超韌、透明的高性能可持續仿貝殼複合薄膜，成功構築了「磚-纖維」仿貝殼層狀結構，使該薄膜展現出遠超傳統塑料的力學性能，展現出比塑料薄膜更突出的綜合性能。研究成果日前發表於《物質》上。

高性能可持續仿貝殼透明薄膜的製備過程與結構示意圖。

(A-B) 常溫常壓下微生物輔助合成複合水凝膠的過程。

(C) 具有三維納米纖維網絡結構的複合水凝膠。

(D) 高性能可持續仿貝殼透明薄膜內部的「磚-纖維」結構。

據介紹，這種高透明高霧度薄膜得益於緻密的仿貝殼「磚-纖維」結構，通過薄膜內部孔隙的填充保證透光效果，通過納米片-纖維素的界面散射保證光學霧度，從而可以在370—780納米的可見光譜波長範圍內，同時實現超過73％的高透明度和超過80％的高光學霧度。

同時，該薄膜還具有高強、高韌的優異性能，分別是商用PET塑料薄膜的6倍和3倍以上。此外，納米纖維三維網絡和「磚-纖維」仿貝殼結構設計，有效抑制裂紋擴展，同時纖維變細效應可以提高材料內部纖維間的氫鍵密度、促進薄膜拉伸過程中的纖維滑移，從而使材料兼具高強度和高韌性。而且，該薄膜在250℃下仍能保持結構和性能穩定，在極端環境下具備比塑料薄膜更為優異的服役性能。

該薄膜與多種傳統塑料強度、模量、最高服役溫度和熱膨脹係數的Ashby圖。

(A) 強度和模量Ashby圖，表明該薄膜具有優於傳統塑料的強度和模量。

(B) 最高服役溫度和熱膨脹係數Ashby圖，表明該薄膜具有優於傳統塑料的最高服役溫度和熱膨脹係數。

(C) 該薄膜的大尺寸樣品。

(D-E) 該薄膜可以被摺疊成各種形狀，且多次摺疊後展開無明顯損傷。

(F) 在展開和彎折的情況下，該薄膜上的電路都可以保持暢通，使LED燈亮。

研究人員表示，這種仿生薄膜材料集成了優異的光學、力學和熱學性能，並且在自然條件下可以完全生物降解，克服了廢棄塑料難以降解的問題，在滿足柔性電子器件基底材料光學透明性、柔性、低成本以及高低溫下的尺寸穩定性等要求的同時，全生命周期綠色無汙染，在未來柔性電子器件領域將具有廣泛的應用前景。

來源：科技日報

♔採編：姜姜 ♔排版：小同

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