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[交流] 关于纤维素纳米晶材料，你了解多少？

什么是纤维素纳米晶？
纤维素纳米晶（CNCs）是从天然纤维中提取出的一种纳米级的纤维素，它不仅具有纳米颗粒的特征，还具有一些独特的强度和光学性能，具有广阔的应用前景。

图片来源网络
通常情况下，纳米纤维素分为纤维素纳米晶和纤维素纳米线。纤维素纳米线为长度几微米到几十微米，直径在一百纳米以下的线形纳米纤维素。而纤维素纳米晶是一种长度几百纳米左右，直径一百纳米以下的棒状纤维素。
纤维素纳米晶的作用
纤维素纳米晶本身就是生物质组织，对复合材料具有天然的亲和力，可形成“自适应结构”，产生减弱界面局部应力的效果；在应力作用下，纤维素纳米晶粒子将沿填充物质表面进行滑移，打断的键重新连接成新键，使高聚物基体与填充材料之间仍能保持一定的黏合强度，减轻复合材料的破坏程度，因此纤维素纳米晶可作为增强相用于改善复合材料的性能。
纳米纤维素由于其良好的物化性能与生态性能，近年来作为填充物被广泛应用到复合材料领域，目前含有纳米纤维素的复合材料已经被广泛地用于包装、工程塑料、3D打印、生物医学工程等多个领域中。
纤维素纳米晶的应用
（1）在食品包装领域的应用
将 CNCs 添加到高分子基体中，可以使复合薄膜的水蒸气和氧气渗透系数大大降低，有望在食品包装领域获得应用，能够作为矿物增强剂如硅酸盐纳米粒子的替代物应用在绿色生物可降解包装材料中。
（2）在生物医学中的应用
由于 CNCs 来自生物体，具有天然的生物相容性，使其在生物医学中具有巨大的应用潜力。
（3）在复合材料中的应用
由于离子相互作用对于纳米复合材料的重要性，近十年，人们又将该机理应用到纳米纤维素复合材料的制备中。
（4）新兴应用
鉴于使用的电子交换设备逐年增加，对高性能的电磁屏蔽设备的需求越来越迫切，将纳米纤维素应用于电子屏蔽材料中也有较好的应用前景。
纤维素纳米晶目前存在问题
纤维素纳米晶体（CNCs）作为新一代的增强纳米粒子，具有低密度、高强度、生物可降解性和可再生性等优势，在开发高性能聚合物复合材料领域具有重要意义。目前CNCs作为增强填料仍存在以下问题：
1）经典的硫酸酸解法制备的CNCs热稳定性差；
2）干燥的CNCs间强氢键作用使其再分散性较差；
3）CNCs在部分聚合物基体中的相容性较差。

为了进一步探讨纤维素纳米晶材料，“2021绿色复合材料论坛”特诚邀西南大学黄进教授莅临本次大会，围绕一维棒状纤维素纳米晶改性材料和功能材料发展密切关联的关键问题，为您详细剖析纤维素纳米晶材料。
专家介绍：
黄进教授、博士生导师，重庆市重点实验室主任，中国科协首席科学传播专家，重庆纳米科技产业技术创新战略联盟理事长，教育部新世纪优秀人才、江苏省双创人才、重庆英才，重庆市高校创新群体和重庆创新创业示范团队负责人，可持续材料“一带一路”国际联合实验室主任。重点关注基于高分子的软材料和纳米材料的构建及应用探索，承担国家自然科学基金、国家863计划、国家国际科技合作专项、军品民口配套项目、欧盟第七框架计划等科研任务。发表SCI源刊论文近200篇，获授权发明专利80余项并转让6项，牵头主编中英文专著教材7部/本，获教育部科技进步二等奖、重庆市产学研创新贡献奖等鼓励。
推广项目介绍：
个性化涂绘书写的生物基结构色免光漂白油墨：运用纳米技术“+”生物质资源利用这一可持续理念，创新了一维纤维素纳米颗粒的“结构性光学效应”策略，变革了光学加密材料，形成了知识产权，推出精细化和系列化产品应对多极市场需求。

参考资料：
[1]李亚瑜. 纤维素纳米晶/水性聚氨酯薄膜的构建、性能及机理研究[D].北京林业大学,2020.
[2]卢琳娜,李永贵,卢麒麟.纤维素纳米晶/环氧树脂复合材料的制备及性能研究[J].功能材料,2020,51(01):1196-1201.

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