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華南理工大學方志強副研究員《Small》：高強、高韌、超耐折的透明紙

2024-04-12 來源：高分子科技

科學穩(wěn)妥推廣塑料替代產(chǎn)品是我國“十四五”塑料污染治理行動方案中主要任務之一。在此背景下，發(fā)展可持續(xù)、可生物降解的塑料替代品逐漸成為新興研究熱點。木質(zhì)纖維制備的透明紙以其碳中和、可生物降解性、低熱膨脹系數(shù)、良好阻隔性、高透光率、可控的霧度等優(yōu)點，在柔性電子等高附加值領域展現(xiàn)出替代塑料的潛力，具有較高的研究價值和應用前景。然而，充分挖掘透明紙在力學方面的潛力，仍是一個亟待解決的挑戰(zhàn)。

近日，華南理工大學方志強副研究員提出了一種通過巧妙調(diào)控木質(zhì)纖維結構的策略，成功研發(fā)出一種高強、高韌、超耐折的透明紙。首先，采用微波輔助的氯化膽堿/乳酸深共熔溶劑（DES）技術分離出云杉木材纖維，并破壞木質(zhì)纖維的S1層以促進細纖維化。接著，通過羧甲基化處理，促進纖維的均勻潤脹，從而在成紙過程中改善了纖維間的相互作用(圖1a)。所制備的透明紙不僅具有高達90%的高透光率（550 nm），還展現(xiàn)了優(yōu)異的力學性能，如超過26,000次的折疊耐久性，248.4 MPa的拉伸強度，以及15.6 MJ/m3的韌性(圖1b-c)。這項工作為使用木質(zhì)纖維制備具有優(yōu)異力學性能的透明紙開辟了新途徑，并有望拓展其在通常由高性能不可再生塑料主導的領域的應用。相關成果以“Strong yet tough transparent paper with superb foldability”為題發(fā)表在《Small》上。華南理工大學輕工科學與工程學院的林曉琪和李玉潔為共同一作。該研究得到國家自然科學基金委、制漿造紙工程國家重點實驗室和中央高校基本業(yè)務費的資助。同時，廣東工業(yè)大學的邱學青教授也提供了悉心指導。

圖1（a）從天然木質(zhì)纖維到高強、高韌、超耐折透明紙。相較于其他紙張，透明紙在拉伸強度和韌性（b）以及耐折性能（c）上的優(yōu)勢。

圖2 DES制漿過程及羧甲基化改性纖維的表征。

圖3 DES紙和CM-DES紙的力學性能和光學性能評估。

圖4 纖維結構對提升紙張力學性能的關鍵作用。

上述工作是近期關于透明紙的最新進展之一。方志強副研究員致力于透明纖維素薄膜強韌化和功能化，以及其在柔性電子、能源、環(huán)境領域的應用。相關的成果發(fā)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。

原文鏈接：https://doi.org/10.1002/smll.202400151

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（責任編輯：xu）

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