中國粉體網(wǎng)訊 自然界中的許多生物能夠利用天然高分子和生物礦物質(zhì)構(gòu)建許多結(jié)構(gòu)復(fù)雜、具有優(yōu)異機(jī)械強(qiáng)度和功能性的復(fù)合材料。例如，螃蟹、龍蝦等利用無定形碳酸鈣（ACC）的來增強(qiáng)它們的骨架。這種生物礦化設(shè)計(jì)為構(gòu)建功能輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料提供了靈感。
ACC在濕潤狀態(tài)下不穩(wěn)定，容易轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)晶態(tài)，成功模仿這些自然設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于是否能夠有效地穩(wěn)定ACC。因此，開發(fā)高效、可生物降解、生物兼容和可持續(xù)的ACC穩(wěn)定劑對(duì)研究者們而言仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。近日，四川大學(xué)盧燦輝教授、熊銳特聘研究員和德國康斯坦茨大學(xué)HelmutCölfen教授受甲殼動(dòng)物角質(zhì)層中穩(wěn)定的ACC啟發(fā)，報(bào)道了纖維素納米纖維（CNFs）這一自然界最豐富的天然高分子對(duì)ACC的長期有效穩(wěn)定能力。
圖1 CNFs穩(wěn)定ACC以構(gòu)建多功能復(fù)合材料的設(shè)計(jì)示意圖
通過表面羧基和剛性分離網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同穩(wěn)定作用，CNFs表現(xiàn)出長期穩(wěn)定性（超過一個(gè)月），穩(wěn)定效率分別是羧甲基纖維素（CMC）和海藻酸鹽的3.6倍和4.4倍，甚至高于聚丙烯酸。由此產(chǎn)生的CNF/ACC分散體可以制成透明復(fù)合薄膜，強(qiáng)度高達(dá)286MPa，韌性高達(dá)28.5 MJ/m3，超過了迄今為止報(bào)道的合成生物聚合物-碳酸鈣/磷酸鹽復(fù)合材料。
圖2 CNF/ACC復(fù)合材料的力學(xué)性能
此外，所制備的復(fù)合材料還表現(xiàn)出良好的自愈合性能和濕穩(wěn)定性，以及表面可進(jìn)行微納結(jié)構(gòu)圖案化，還可用于制備監(jiān)測呼吸和手指接觸的濕度傳感器，具有良好的靈敏度。因此，該CNF/ACC復(fù)合材料的多功能性使得其在生物醫(yī)學(xué)、包裝和可穿戴設(shè)備等多種領(lǐng)域中具有前景。
圖3 CNF/ACC復(fù)合材料的自愈合性能及表面微納米圖案化。
上述工作近期以“Bioinspired Stabilization of Amorphous Calcium Carbonate byCarboxylated Nanocellulose Enables Mechanically Robust, Healable, and SensingBiocomposites”為題發(fā)表在ACSNano上。四川大學(xué)高分子研究所博士生鄔宛霖和福建師范大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院盧至行講師為共同一作，四川大學(xué)高分子材料工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室熊銳特聘研究員和德國康斯坦茨大學(xué)HelmutCölfen教授為共同通訊作者。
參考來源：ACS Nano、高分子科技等
(中國粉體網(wǎng)編輯整理/昧光)
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