中科大发展固态基底-气溶胶生物合成法,有望实现高性能复合材料块材的工业化生产

发布时间:2019-01-28

纳米材料的用途在哪里?
 
纳米级结构材料简称为纳米材料,是指其结构单元的尺寸介于1纳米~100纳米范围之间。
 
由于它的尺寸已经接近电子的相干长度,它的性质因为强相干所带来的自组织使得性质发生很大变化。并且,其尺度已接近光的波长,加上其具有大表面的特殊效应,因此其所表现的特性,例如熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等,往往不同于该物质在整体状态时所表现的性质。
 
但如何将纳米材料组装成宏观尺度体材料并保持其纳米尺度的独特性能,是纳米材料获得实际应用的关键,也是目前面临的重要挑战之一。
 
研究团队成功研发纳米复合材料
 
据《国家科学评论》在线发表的文章报道:中国科学技术大学俞书宏教授研究团队发展一种新型生物合成法,首次制备出系列宏观尺度功能纳米复合材料。
 
该研究团队发展了一种通用的生物合成方法——固态基底-气溶胶生物合成法,通过将传统木醋杆菌液态发酵基底替换为固态,稳定了微生物合成纳米纤维素的界面,并通过程序化控制,在纳米纤维素生长界面上沉积不同纳米单元,实现纳米纤维素与纳米单元均匀复合,首次成功制备了一系列纳米结构单元含量可控、形状规则的宏观尺度大块细菌纤维素纳米复合材料。
 
气溶胶,又称气胶、烟雾质,是指固体或液体微粒稳定地悬浮于气体介质中形成的分散体系。与传统浆料法相比,该生物合成过程完整地保留了细菌纤维素的三维纳米网络结构,所制备的复合材料在保留其纳米单元纳米尺度优良性能的同时,具有更优异的力学强度。
 
新研究——纳米复合材料的优势及发展前景
 
研究表明,这种合成法是一种通用的方法,可制备一系列由不同纳米材料与细菌纤维素组成的宏观复合块材,包括零维纳米单元、一维纳米单元、二维纳米单元。运用这种方法制备的块材能很好地保留其纳米单元纳米尺度的优良性能。其中,所制备的碳纳米管/细菌纤维素复合材料薄膜的导电性与力学强度综合性能,优于以往报道的所有同类材料。
 
此外,大家都知道,微生物发酵即是指利用微生物,在适宜的条件下,将原料经过特定的代谢途径转化为人类所需要的产物的过程。在这个过程中,造成的无效资源容易给环境带来污染。但,固态基底-气溶胶生物合成法这种常温常压下的微生物发酵过程不涉及任何有机溶剂的使用,也不产生任何有害物质的排放,不仅具有低成本的优势,还能保护环境。值得一提的是,这种合成法还可灵活地与目前食品工业细菌纤维素生产工艺相结合,有望实现上述高性能复合材料块材的工业化生产。
 

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