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《利用纤维素和海泡石合成纳米纤维的功能性混合纳米颗粒》

  • 来源专题：纳米科技
  • 编译者： 郭文姣
  • 发布时间：2017-08-18

  • 采用高剪切均匀化和超声辐照的方法，制备了一种从纳米纤维纤维素和海泡石的水分散剂中分离出的功能性杂纤维混合材料。这两种类型的纳米纤维都保持着物理上的交联，形成均匀且非常稳定的高粘度凝胶，可以被塑造成薄膜，并被认为是“混合纳米颗粒”。sepiolite的存在改变了由于铸造过程而产生的薄膜表面粗糙度，这可能会导致疏水，因为这两个组分的亲水特性都被调制了。此外，这些纤维混合系统可以从机械行为、表面性质和化学反应等两个组成部分所提供的性质中获益。此外，将这些混合的纳米颗粒进一步组装成其他颗粒固体，如碳纳米管、磁铁矿或氧化锌纳米颗粒，结果在多功能的混合纳米颗粒中，为在不同的应用中开发其他大量的有机-无机材料打开了一种通用的方法。

    ——文章发布于2017年8月15日

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    • 来源专题：纳米科技
    • 编译者：郭文姣
    • 发布时间：2020-08-12
    • 当纳米纤维素与各种类型的金属纳米颗粒结合时，材料就会形成许多新的和令人兴奋的性质。它们可以抗菌，在压力下改变颜色，或者将光转化为热。 林雪平大学物理、化学和生物学系生物物理和生物工程系副教授Daniel Aili说:“简单地说，我们从纳米纤维素中提取黄金。” 这个由Daniel Aili领导的研究小组使用了一种由细菌产生的生物合成纳米纤维素，这种纤维素最初是为伤口护理而开发的。随后，科学家们用金属纳米颗粒(主要是银和金)装饰了纤维素。这些粒子的大小不超过十亿分之一米，首先经过剪裁，赋予它们所需的特性，然后再与纳米纤维素结合。 纳米纤维素由细纤维线组成，其直径大约是人类头发直径的千分之一。这些线充当了金属颗粒的三维支架。当这些微粒附着在纤维素上时，一种由微粒和纤维素组成的网络就形成了，”丹尼尔·艾利解释道。 研究人员可以高精度地确定将有多少粒子附着，以及它们的身份。它们还可以混合不同形状的金属颗粒——球形、椭圆形和三角形。 在发表在《高级功能材料》上的一篇科学文章的第一部分中，该小组描述了这一过程并解释了它的工作原理。第二部分着重于几个应用领域。 一种令人兴奋的现象是，当施加压力时，材料的性质发生变化。当粒子相互靠近并相互作用时，就会产生光学现象，而材料的颜色也会发生变化。随着压力的增加，这种材料最终会变成黄金。 “当我们用镊子夹起这种材料时，我们发现它的颜色发生了变化，一开始我们也不明白原因，”丹尼尔·艾莉说。 科学家们将这种现象命名为“机械等离子体效应”，结果证明它非常有用。一个密切相关的应用是传感器，因为可以用肉眼读取传感器。例如:如果一种蛋白质粘在材料上，在压力下它不再改变颜色。如果该蛋白是一种特殊疾病的标记，则不能改变颜色可用于诊断。如果物质改变颜色，标记蛋白就不存在。 另一种有趣的现象是，这种材料可以吸收光谱更宽的可见光并产生热量。这一特性既可用于能源应用，也可用于医学。 “我们的方法使得制造纳米纤维素和金属纳米颗粒复合材料成为可能，这是一种柔软的生物相容性材料，可用于光学、催化、电气和生物医学应用。”由于这种材料是自我组装的，我们可以生产出具有全新定义的性能的复杂材料。”Daniel Aili总结道。
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  • 《纤维素纳米材料和可再生能源的储存能力》
    • 来源专题：纳米科技
    • 编译者：郭文姣
    • 发布时间：2020-04-02
    • 在用纳米材料讨论聚合物的应用时，许多人自然而然地会想到合成聚合物。然而，有一系列的天然高分子材料具有非常好的性能，通常比合成聚合物更适合某些应用。 一种主要的天然聚合物是纤维素，由于它是在植物和树木的细胞壁中发现的，所以在地球上大量存在。纤维素是一种直链聚合物组成的,成千上万的葡萄糖分子通过β在一起(1 - 4)糖苷键,与整体的化学公式(C6H10O5) n。它是一种天然的聚合物，在不同的行业都很有名，也很好用。 纤维素作为一种纳米材料 除了是一种常见的天然聚合物外，它也是一种以纳米形式存在的聚合物。它被称为纳米纤维素，它与其他任何纳米尺寸的聚合物一样，在纳米水平上是一种纤维素材料，但实际上存在许多不同类型的纳米纤维素。主要类型包括纤维素纳米晶体(CNCs)和纤维素纳米纤维(CNFs)，这两种材料都可以在市场上买到。 纳米纤维素具有一系列特性，使其成为一种有用的材料，包括透明、导电、具有高抗拉强度和高度可调，因为其表面易于功能化(使纳米纤维素成为许多不同应用的可行选择)。 此外，它的生物特性、产品的丰富性和大规模生产的便利性使它成为许多合成聚合物的低成本和更环保的替代品。 能量存储中的纳米纤维素 纳米纤维素是一种商业上可用的材料。其最显著的应用是作为传统包装材料的生物和环保替代品的食品包装，但它也出现在一系列的应用。目前正在研究的一个是它在能源存储应用中的使用。 超薄能量储存 纳米纤维素可以用来制造超薄设备，这种设备能够以只有少数几种选择的方法才能实现的方式存储能量。虽然这些设备的容量可能不像其他设备那样高，但纳米纤维素的使用有助于提高可再生能源的存储能力，因为它打开了可能不可能的区域。因此，纳米纤维素可以作为一个完整的区域来提高整体的储能能力。 有许多不同的设备已经被制造出来，它们属于这个领域。从利用纳米纤维素纤维特性的一维器件到三维混合网络，这些器件都有。 具体的例子有嵌入多孔碳材料作为可穿戴超级电容器的一维纳米纤维素大纤维，以及包覆碳纳米管作为电解液储层的一维大纤维。 在二维方面，例如在纸电池和超级电容器中使用纳米纤维素作为二维材料(如石墨烯和六方氮化硼)的衬底材料，以及在纸质设备中使用纳米纤维素作为分隔膜。 在三维结构方面，纳米纤维素已经被用于储能设备的各个部分，以改善设备的电化学性能，包括电极、电流收集器和隔膜，这是最常见的几个例子。 液流电池 最新的一项研究来自东北大学，他们利用纤维素衍生的纳米材料作为流动电池的薄膜来储存来自太阳能和风能等可再生能源的能量。 流动电池是非常大的电池，它使用充满电解质的大罐来储存和产生电荷。虽然容器的大小是储存能量的关键，但有一个选择性的离子膜也是一个关键的组成部分，因为它促进了氢离子的运动，平衡了细胞两边形成的电荷。 然而，在流动电池中使用的许多膜很容易降解，导致电解质溶液混合，降低电池的稳定性和容量在很长一段时间内。 与目前市场上使用的大多数材料相比，纳米电池材料可能是一种更好的膜材料。在这方面的最新研究使用了与聚偏氟乙烯-共六氟丙烯(PVDF-HFP)复合的CNC纳米纤维素。 结果是一种对电解质高度疏水的膜，这意味着它在很长一段时间内更加稳定。这意味着电池的容量可以随着时间的推移而提高，因为电池的效率可以延长使用寿命。 由于膜内的羟基和酸性磺酸基，膜具有较高的质子电导率。使用该膜的电池还被发现具有很高的库仑效率、电流密度和能源效率，并且可以以现有Nafion膜成本的一小部分来存储可再生能源。 由于丰富的材料和可扩展的技术的发展，这些膜也可以用于复杂的电网，可以容纳来自可再生和不可再生能源的能源。
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