俞书宏院士Angew.：超弹性多级结构纤维素气凝胶！

1

研究内容

气凝胶，被称为最轻的固体材料，已经展示了各种应用，包括隔热、微粒物质捕获和精确传感器。纤维素气凝胶结合了高孔隙率和绿色再现性的优点，是工业化学产品衍生的不可再生气凝胶的理想替代品。纤维素气凝胶受到分子间氢键诱导的结构塑性的困扰，可依赖化学改性来延长使用寿命。目前，迫切需要一种更可持续和简单的方法来生产完全不含石化产品的弹性纤维素气凝胶

受木材分层多孔结构（管胞和凹坑）的启发，中国科学技术大学俞书宏院士团队展示了通过冰模板制造，在多尺度上设计分层结构来制造超弹性纤维素气凝胶（ACHA）的无石化策略。气凝胶表现出优异的稳定性，包括温度不变的弹性、抗疲劳性（105次循环后约5%的塑性变形）、高角回复速度（1475.4°s-1），优于大多数纤维素基气凝胶。相关工作以“A Petrochemical-Free Route to Superelastic Hierarchical Cellulose Aerogel”为题发表在国际著名期刊Angewandte Chemie International Edition上。

2

研究要点

要点1.作者主要通过冷冻铸造技术和生物聚合物颗粒的热蚀刻相结合来制造各向异性分级纤维素气凝胶。生物聚合物聚羟基烷酸酯（PHA）颗粒被引入纤维素网络中，可避免细胞壁过度增敏。热蚀刻后，PHA变成大孔，不仅降低了壁的刚性和粘性，还充当缺陷部位，以引导微观变形并在宏观变形期间分散内应力，定向渠道巩固了整个体系结构。热蚀刻得到的脱水纤维素多孔壁也会导致氢键作用，显示出降低的刚性和粘性，而且还引导微观变形并减轻局部大应变，防止结构坍塌。

要点2.得益于组分的大纵横比，通过细胞壁的弯曲或弹性屈曲增强了结构的可恢复性。各向异性和分层多孔结构通过减轻局部应变，使ACHA在大应变下具有较好的变形能力。

要点3.纤维素气凝胶从室温到低温都表现出优异的稳定性，包括温度不变的超弹性（-196℃）、抗疲劳性（105次循环后约5%的塑性变形）、大应变变形性（折叠和扭曲）和高角恢复速度（1475.4°s-1），优于大多数纤维素基气凝胶。

这种气凝胶在恶劣环境中显示出巨大的隔热潜力，并作为口罩和设备的空气过滤材料。该程序和材料是可持续的全生物质，这是解决能源密集型技术和石化材料造成的环境污染的一个有前途的解决方案。最后但并非最不重要的是，该策略将是一种强大且环保的工具，用于制造具有良好机械性能、隔热、颗粒过滤和其他性能的分级多孔材料。

3

研究图文

图1. ACHA的制造、表征和性能。

图2. 机械性能表征。

图3. ACHA宏观和微观结构变形的观察。

图4. ACHA的空气过滤性能。

4

文献详情

A Petrochemical-Free Route to Superelastic Hierarchical Cellulose Aerogel

Bing Qin, Zhi-Long Yu, Jin Huang, Yu-Feng Meng, Rui Chen, Zhi Chen, Shu-Hong Yu*

Angew. Chem. Int. Ed.

DOI: 10.1002/anie.202214809

版权声明：「崛步化学」旨在分享学习交流化学、材料等领域的最新资讯及研究进展。编辑水平有限，上述仅代表个人观点。投稿，荐稿或合作请后台联系编辑。感谢各位关注！