无处不在的石化塑料对生态系统构成潜在威胁。作为回应，正在开发生物衍生和可降解聚合物材料，但它们的机械和热性能无法与现有的石化塑料相比，尤其是用作结构材料的塑料。中国科学院报告了一种通过有效且稳健的自下而上定向变形组装方法实现的高性能全绿色植物CNF衍生聚合物结构材料。与现有的石化塑料相比，这种全绿色材料不仅具有优异的机械和热性能，而且具有完全的生物降解性和良好的加工性能。由于纳米纤维之间的高密度可逆相互作用网络，这种全绿色材料具有优异的弯曲强度（~300 MPa）、模量（~16 GPa）和韧性（~4.5 MPa m 1/2）；低热膨胀系数（7 × 10–6 K–1）, 比石化塑料低10倍以上，说明其尺寸在加热时几乎不变，因此具有比塑料更好的热尺寸稳定性。高温下性能稳定.作为一种完全生物衍生和可降解的材料，全绿色材料为石化塑料提供了一种更可持续的高性能替代品。
为了制造机械和热性能优于现有石化塑料的可持续聚合物结构材料，作者开发了一种基于CNF的化学调节自下而上的方法（图 1）。作为从木材中提取的天然聚合物，CNF是一种新兴的完全生物衍生和可降解的聚合物纳米级构建块（图 1a）。在钙离子（Ca2+）的帮助下，CNFs水凝胶中可以形成特殊的高密度可逆相互作用网络，包括CNFs表面羟基之间的高密度氢键网络，以及相互作用Ca2+和羧基（COOH）（图 1b)。由于高密度可逆相互作用网络，高性能全绿色材料可以通过稳健的定向变形组装工艺制造（图1c-f）。
图 1. 植物 CNF 衍生结构材料的制备和性能。
图 2. 植物 CNF 衍生结构材料的结构表征和可加工性。
图 3. 植物 CNF 衍生结构材料的机械性能。
图 5. 植物 CNF 衍生结构材料的可持续循环。
相关论文以题为Plant Cellulose Nanofiber-Derived Structural Material with High-Density Reversible Interaction Networks for Plastic Substitute发表在《Nano Lett.》上。通讯作者是中国科学院俞书宏院士。
参考文献：
doi.org/10.1021/acs.nanolett.1c02315