ACS Nano: 3D列印超彈性,吸溼性和離子傳導性的纖維素納米纖維塊材

2021-02-13 奇物論

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可壓縮和超彈性的3D列印塊材在儲能，軟電子和傳感器等各種應用中顯示出了巨大的應用前景。儘管這種彈性的塊體結構已經使用了石墨烯類材料，但在自然界最豐富的材料——纖維素中尚未實現，部分原因是纖維素內部有很強的氫鍵網絡。

有鑑於此，不列顛哥倫比亞大學的Feng Jiang教授等人，報導了一種3D列印的纖維素納米纖維塊體材料，該材料在43%的相對溼度下表現出極好的彈性（在500次壓縮測試後應變恢復超過91％），可壓縮性（高達90％的壓縮應變）和壓力敏感性(0.337 kPa-1)。

本文要點

1）演示了使用3D列印和梯度引入吸溼鹽CaCl2來製造超彈性，吸溼性和離子導電CNF塊體材料的過程。為了實現超彈性特性，採用3D列印和凍幹技術引入了分級的宏觀和微觀多孔結構。

2）將CaCl2引入3D列印的CNF塊體中，既可以將表面羧酸基團交聯，形成強大而剛性的網絡結構，又可以作為吸溼鹽，從空氣中吸收水分，從而產生彈性和柔性性能。

3）通過調節CaCl2的含量可以容易地調節水的吸收容量和速率以及機械響應性。3D列印的CNF塊體材料具有出色的彈性和形狀恢復能力，能夠從70％的應變中完全恢復，並可以承受500多次壓縮測試循環。進一步證明了具有良好離子導電性的CNF塊體材料可以作為應變和應力傳感器，其優異的應力敏感性為0.337 kP-1。

總之，這種簡單和高效的技術可以被認為是一種製作3D分層彈性超材料的通用方法，並可能導致輕型和超彈性材料對傳感器的簡單設計,保溫,和許多其他應用。

參考文獻：

Yuan Chen et al. Superelastic, Hygroscopic, and Ionic Conducting Cellulose Nanofibril Monoliths by 3D Printing. ACS Nano, 2021.

DOI: 10.1021/acsnano.0c10577

https://doi.org/10.1021/acsnano.0c10577

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