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  生物基熱固性樹脂以可再生資源為主要原料，它們的規(guī)模化應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)熱固性樹脂及復(fù)合材料可持續(xù)發(fā)展的重要手段之一。但是，和石油基熱固性樹脂一樣，它們在固化交聯(lián)之后，同樣面臨著難降解、難回收的問題。中科院寧波材料所劉小青團(tuán)隊(duì)在合成了系列高性能和功能化生物基熱固性樹脂之后，認(rèn)為開發(fā)生物基材料的本質(zhì)是對生物碳的利用。基于此，他們嘗試著利用激光燒蝕的方法，將高性能生物基熱固性樹脂轉(zhuǎn)化為功能性碳材料，擬實(shí)現(xiàn)“生物碳”至“功能碳”的閉環(huán)轉(zhuǎn)化。

  前期，他們利用紅外激光光刻技術(shù)實(shí)現(xiàn)從生物基苯并噁嗪樹脂到多孔石墨烯材料的高附加值、低成本轉(zhuǎn)化（Carbon, 2020, 163, 85-94.）。相較于其他樹脂前驅(qū)體材料，苯并噁嗪樹脂制備的多孔石墨烯材料展現(xiàn)出了極高的比表面積以及導(dǎo)電性，同時苯并噁嗪樹脂基底極強(qiáng)的耐強(qiáng)酸強(qiáng)堿能力也保證了這類可圖案化制備的石墨烯材料在苛刻環(huán)境下的使用穩(wěn)定性。

圖1. 苯并噁嗪基激光誘導(dǎo)石墨烯微觀結(jié)構(gòu)

  近日，為了進(jìn)一步突出生物基苯并噁嗪樹脂作為前驅(qū)體的優(yōu)勢，他們利用苯并噁嗪單體的高流動性特征，開發(fā)了一種新穎的無溶劑制備金屬氧化物納米顆粒均勻負(fù)載多孔石墨烯材料的方法。通過將相應(yīng)的金屬有機(jī)化合物與苯并噁嗪液態(tài)的單體均勻共混，固化后的樹脂材料直接通過激光輻照就可以一步轉(zhuǎn)化為金屬氧化物納米顆粒/石墨烯雜化材料，整個制備過程周期短，無需任何溶劑。

圖2. 無溶劑法制備金屬氧化物/石墨烯雜化材料

  同時，這種通過激光輻照在樹脂表面生成的多孔石墨烯材料在走向?qū)嶋H應(yīng)用時，受制于樹脂基底本身的導(dǎo)電性、柔性和耐熱性的限制。為了解決這一難題，他們提出了一種全新的激光誘導(dǎo)石墨烯與樹脂基底分離的策略。即利用高分子樹脂基底與碳材料的熱膨脹系數(shù)在數(shù)量級上的差距，使用液氮作為淬冷劑，實(shí)現(xiàn)石墨烯與基底樹脂的快速完全分離，得到的獨(dú)立自支撐多孔石墨烯膜在結(jié)構(gòu)和性能上具有極高的保留完整度。

圖3. 獨(dú)立自支撐激光誘導(dǎo)石墨烯的結(jié)構(gòu)與性能

  相關(guān)結(jié)果以“Free-standing Laser-induced Graphene Films for High-performance Electromagnetic Interference Shielding”為題在碳材料領(lǐng)域著名期刊《Carbon》上發(fā)表。碩士研究生余文杰為論文的第一作者，劉小青研究員、趙偉偉副研究員為通訊聯(lián)系人。項(xiàng)目得到了國家萬人計(jì)劃、浙江省萬人計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金和浙江省自然科學(xué)基金的支持。

  原文鏈接：https://authors.elsevier.com/sd/article/S0008-6223(21)00733-8