华南理工大学方志强副研究员《Small》：高强、高韧、超耐折的透明纸

2024-04-12 来源：高分子科技

科学稳妥推广塑料替代产品是我国“十四五”塑料污染治理行动方案中主要任务之一。在此背景下，发展可持续、可生物降解的塑料替代品逐渐成为新兴研究热点。木质纤维制备的透明纸以其碳中和、可生物降解性、低热膨胀系数、良好阻隔性、高透光率、可控的雾度等优点，在柔性电子等高附加值领域展现出替代塑料的潜力，具有较高的研究价值和应用前景。然而，充分挖掘透明纸在力学方面的潜力，仍是一个亟待解决的挑战。

近日，华南理工大学方志强副研究员提出了一种通过巧妙调控木质纤维结构的策略，成功研发出一种高强、高韧、超耐折的透明纸。首先，采用微波辅助的氯化胆碱/乳酸深共熔溶剂（DES）技术分离出云杉木材纤维，并破坏木质纤维的S1层以促进细纤维化。接着，通过羧甲基化处理，促进纤维的均匀润胀，从而在成纸过程中改善了纤维间的相互作用(图1a)。所制备的透明纸不仅具有高达90%的高透光率（550 nm），还展现了优异的力学性能，如超过26,000次的折叠耐久性，248.4 MPa的拉伸强度，以及15.6 MJ/m3的韧性(图1b-c)。这项工作为使用木质纤维制备具有优异力学性能的透明纸开辟了新途径，并有望拓展其在通常由高性能不可再生塑料主导的领域的应用。相关成果以“Strong yet tough transparent paper with superb foldability”为题发表在《Small》上。华南理工大学轻工科学与工程学院的林晓琪和李玉洁为共同一作。该研究得到国家自然科学基金委、制浆造纸工程国家重点实验室和中央高校基本业务费的资助。同时，广东工业大学的邱学青教授也提供了悉心指导。

图1（a）从天然木质纤维到高强、高韧、超耐折透明纸。相较于其他纸张，透明纸在拉伸强度和韧性（b）以及耐折性能（c）上的优势。

图2 DES制浆过程及羧甲基化改性纤维的表征。

图3 DES纸和CM-DES纸的力学性能和光学性能评估。

图4 纤维结构对提升纸张力学性能的关键作用。

上述工作是近期关于透明纸的最新进展之一。方志强副研究员致力于透明纤维素薄膜强韧化和功能化，以及其在柔性电子、能源、环境领域的应用。相关的成果发表在Journal of Colloid and Interface Science. 2024, 660, 555；Carbohydrate Polymers. 2023, 321, 121250；IEEE Electron Device Letters, 2022, 43(12), 2113；Chemical Engineering Journal. 2022.439, 135776、Advanced Materials Technologies. 2021, 6(2): 2000928；Carbohydrate Polymers. 2021, 259: 117759；Journal of Materials Chemistry C. 2020, 8, 12578；ACS Applied Materials & Interfaces, 2020, 12(28): 31998；Matter. 2020, (4)2: 1000；Composites Part B: Engineering. 2019, 177: 107399等期刊上。

原文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202400151

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（责任编辑：xu）

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