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俞书宏院士团队AFM：颠覆纸吸管！可以吃的细菌纤维素吸管，强度是纸的14倍，价格更低廉
纤维素是由葡萄糖基重复单元形成的一种天然多糖。除了植物，细菌也能生产纤维素，称为细菌纤维素，并且细菌纤维素有更高的结晶性和独特的超精细纳米网格，赋予自身超强的机械性能。基于此，中国科学技术大学俞书宏院士、管庆方副研究员合作，利用木葡糖酸醋杆菌合成的纤维素为基础，制备了力学性能优异、耐热、不释放微塑料并且可食用的吸管。相关论文以“Edible,Ultrastrong,and Microplastic-Free Bacterial Cellulose-Based Straws by Biosynthesis”为题，发表在《Advanced Functional Materials》上。
俞书宏院士：用于高效界面太阳能蒸汽发电的宏观孔隙三维桁架材料的仿生设计！
中国科学技术大学俞书宏院士团队设计了一种具有互连宏观孔隙骨架的仿生太阳能蒸发器(bionic solar evaporator，BSE)，其简便、经济且易于量产，可实现2.3 kg m-2 h-1的蒸发速率和93%的能量效率。其高效和耐盐的多重优势使其可应用于未来的实际污水净化和海水淡化领域。该研究以题为“Biomimetic Design of Macroporous 3D Truss Materials for Efficient Interfacial Solar Steam Generation”的论文发表在《ACS Nano》上。
俞书宏院士团队AFM：仿生纳米复合膜，大幅延长食品保质期！
中国科学技术大学俞书宏院士、管庆方特任副研究员团队通过引入最有效的仿生模型之一的“砖和泥”结构来改善材料的综合性能。提出了PLA辅助的剥离和分散方法，以天然矿物云母为原料制备PLA包覆的云母纳米片(纳米云母/PLA)。通过引入剪切力组件，可以制造出一种具有“砖和泥”结构的珍珠质纳米复合薄膜。这种珍珠质纳米复合膜显示出优异的机械性能、紫外线屏蔽和阻气性能。珍珠质纳米复合薄膜的整体性能优于商业塑料薄膜，这将有可能打开PLA在包装领域实际应用的道路。这项研究以“Nacre-Inspired Nanocomposite Films with Enhanced Mechanical and Barrier Properties by Self-Assembly of Poly(Lactic Acid)Coated Mica Nanosheets”为题发表在著名期刊Advanced Functional Materials。
珍珠质纳米云母/PLA纳米复合膜的制备
俞书宏院士团队《Acc.Mater.Res.》：气溶胶辅助生物合成高性能复合材料取得新进展
中国科学技术大学俞书宏院士团队应邀在国际综述期刊《Accounts of Materials Research》上，发表题为“Growing Bacterial Cellulose-Based Sustainable Functional Bulk Nanocomposites by Biosynthesis:Recent Advances and Perspectives”的评述论文，合肥微尺度物质科学国家研究中心管庆方副研究员为该论文的第一作者。作者详细评述了一种被命名为“气溶胶辅助生物合成”的复合材料原位制备新策略，并从其普适性、可控性、三维可设计性、可扩展性和可持续性等方面全面论述了该复合材料制备策略的巨大潜力。该策略巧妙地将纳米材料气溶胶的沉积过程和微生物原位合成高强度细菌纤维素三维纳米网络的过程相结合，成功实现了各种纳米材料在三维纳米网络中均匀分散，并制备得到了一系列兼具高强度和功能性的细菌纤维素基纳米复合材料。
俞书宏院士《Adv.Sci.》：石榴启发的石墨烯包裹实现高性能无枝晶锂金属负极！
中国科学技术大学俞书宏院士受天然石榴中多尺度封装结构的启发，引入了一种新型锂金属负载策略，即通过多孔还原氧化石墨烯/Au(PRGO/Au)复合微棒(MRs)作为独特的存储包裹来构建无枝晶的锂金属负极。坚固的导电支架和丰富的内部空隙为容纳锂金属提供了充足的存储空间，并减轻了无限的体积波动和伴随的结构应力，从而显著增加了锂金属的质量负载，并在循环过程中有效地稳定了SEI层。此外，微量金纳米核的引入能够在石墨烯基MRs内实现锂的3D空间优先选择性沉积/剥离。这项工作为构建先进的高能量密度和高稳定性锂金属负极提供了一种新颖的仿生策略。
俞书宏院士Nat.Commun.：高效四元多形体纳米晶的精准合成
中国科学技术大学俞书宏院士团队报告了一种通用的胶体方法来构建铜基四元硫属多形体纳米晶库，包括Cu2ZnSnS4(CZTS),Cu2CdSnS4(CCdTS),Cu2CoSnS4(CCoTS),Cu2MnSnS4(CMnTS),Cu2FeSnS4(CFeTS),Cu3InSnS5(CInTS)和Cu3GaSnS5(CGaTS)，这些纳米晶可以通过在纤锌矿结构上选择性外延生长Kesterite相来合成。此外，这种胶体法可以精确控制光催化性能对应的同质结数。单同质结和双同质结多型Cu2ZnSnS4纳米晶光催化剂的光催化析氢速率分别比Kesterite纳米晶提高了2.8倍和3.9倍。这种多型结构中的同质结为光触媒的工程化开辟了另一条途径。相关研究成果以题为“A library of polytypic copper-based quaternary sulfide nanocrystals enables efficient solar-to-hydrogen conversion”发表在知名期刊Nature Communications上。
中科大俞书宏《Nature Synthesis》：高弹性、抗疲劳、环境适应性导电水凝胶
合肥工业大学从怀萍教授和中国科学技术大学俞书宏院士（共同通讯作者）等人，通过预先设计的银纳米线（AgNW）复合基质的两阶段原位聚合，制备具有各向异性、高扭曲度类内质网结构和正交方向互连层状网络的高压缩性和抗疲劳导电水凝胶（CCAP水凝胶）。得益于分层蜂窝状结构和钢筋混凝土类型的成分，所制备的复合材料表现出优异的机械压缩性，在50%的大压缩应变下进行3×104循环后，仍然保持79%的最大应力和1.5%的永久变形。由于其对拉伸应变和弹性恢复的独特响应，水凝胶具有可以检测运动方向和速度的传感尺寸。此外，通过加入亲油聚合物链，产生的具有互渗亲油-亲水网络的弹性和导电有机水凝胶，在多种有机溶剂和零下温度下都提供了良好的传感服务。因此，这些材料有望用于恶劣环境下的可穿戴器件，并提供简单和可扩展的制造和大面积集成。相关研究以“Highly compressible and environmentally adaptive conductors with high-tortuosity interconnected cellular architecture”为题发表在《Nature Synthesis》上。
俞书宏院士团队NSR：在竹节的多级纤维构造解析研究中取得新进展
中国科学技术大学俞书宏院士团队运用多尺度成像和多模态力学性能研究的协同策略，系统分析并明确了竹节的空间多级次纤维组装结构，提出了三种纤维增强结构的设计方案，为今后开展仿生纤维复合结构材料的创制研究提供最优的设计方案。此外，还实验验证了竹节结构增强和液体输运的一体化设计方案，并据此构筑了一种基于竹节的光热水蒸发装置。近期以“Mechanically robust bamboo node and its hierarchically fibrous structural design”为题发表在《国家科学评论》上（National Science Review2022,doi:10.1093/nsr/nwac195）。论文第一作者为陈思铭特任副研究员和张思超博士，通讯作者为高怀岭副研究员和俞书宏院士。
俞书宏院士团队JACS：在矿物基结构材料的仿生矿化制备领域取得系列进展
中国科学技术大学俞书宏院士团队应邀在美国化学会Journal of the American Chemical Society上发表了题为“Matrix-Directed Mineralization for Bulk Structural Materials”的Perspective综述论文，提出了一种受生物矿物体内生长过程启发的新制造策略，通过学习生物矿物在预结构化模板诱导下的受控生长，实现具有多级次结构的矿物基仿生新材料的可控制备。合肥微尺度物质科学国家研究中心茅瓅波副研究员为该论文的第一作者。该策略提出了一类生物矿物（例如珍珠母）的层状结构可通过层状模板诱导文石相碳酸钙沉积来制造，这种“框架诱导矿化策略”以化学矿化与物理组装相结合的方式，为解决矿物基结构材料制备过程中结构精度与制备效率无法兼得这一问题提供了有效途径。
俞书宏院士团队AM：可食用、超强、热稳定好的海藻基结构材料，可生物降解餐具新选择！
中国科学技术大学俞书宏院士团队报告了一种由食品级安全的马尾藻纤维素纳米纤维（SCNF）制成的具有优良的机械和热性能的一次性可生物降解餐具。首先，作者开发了一种基于马尾藻工业废弃物的SCNF的有效提取方法，并获得了一种可食用的SCNF。随后，通过自下而上的逐层水凝胶方法制备了马尾藻纤维素纳米纤维结构材料（SCNSM）。这种基于马尾藻纤维素的食品安全结构材料表现出优异的机械和热性能。此外，这种基于SCNSM的餐具还可以通过聚乳酸（PLA）和姜黄素进行改性，以获得更好的防水性和抗菌性。相关成果以“Edible,Ultra-strong,and Thermal-stable Seaweed-based Structural Material for Tableware”为题发表在Advanced Materials上。通讯作者为俞书宏院士和管庆方副教授，第一作者为李德涵、韩子盟和何谦。
俞书宏院士AFM：高性能碳质纳米纤维气凝胶，全生物质来源！
中国科学技术大学俞书宏院士团队提出了一种通过生物质衍生纳米纤维模板定向水热碳化方法可控制备碳质纳米纤维气凝胶（Carbonaceous nanofiber aerogels，CNFAs）的一般策略。所制得的碳质纳米纤维表面上具有丰富的官能团。与传统的基于天然生物聚合物的气凝胶相比，通过调整合成参数，CNFA可实现良好的可回收性和高强度的优异组合。作者将3D交联结构与CNF表面的不同官能团相结合，构建了一种价格低廉的自制净水装置，可实现染料的快速去除（3183 L h-1m-2）和高吞吐量（超过90%的去除效率）。该工作中提出的合成策略和可持续性概念将为制备具有独特性能的先进气凝胶开辟一条新的途径。该研究以题为“Robust Carbonaceous Nanofiber Aerogels from All Biomass Precursors”的论文发表在《Advanced Functional Materials》上。
Angew.Chem.：中科大俞书宏院士团队揭示无定形碳酸钙组装体的团簇结构特征
中国科学技术大学俞书宏院士团队在无添加聚电解质的情况下，成功合成具有较高稳定性的无定形碳酸钙，并通过冷冻透射电子显微镜技术（cryo-TEM）确认产物具有团簇状次级结构。这一结构是类似条件合成的无定形碳酸钙的固有特征，同时具有极强的可塑性。这个发现为揭示无定形碳酸钙的形成机制和本质都提供了新的启发，具有良好的应用前景。这项研究首次报道了无定形碳酸钙纳米组装体具有本征团簇次级结构特征，不仅可以为非水体系中无定形碳酸钙的合成研究提供新途径，也可用于不同基底上超薄矿物涂层以及高性能碳酸钙基复合材料的制备。
俞书宏院士团队《Angew》：纯天然仿木材气凝胶
中国科学技术大学俞书宏院士和管庆方副教授团队报道了一种由纯天然成分组成的纯天然仿木材气凝胶，并开发了一种激活表面惰性木材颗粒来构筑气凝胶的方法。所得的仿木材气凝胶具有与天然木材相似的通道结构，使其具有优于大多数现有商业海绵的隔热性能。此外，还兼具优异的阻燃性和完全可生物降解性。具有上述优异性能的这种可持续的仿木材气凝胶将是现有商业隔热材料的理想替代品。相关工作以“An all-natural wood-inspired aerogel”为题发表在《Angewandte Chemie International Edition》上。
纯天然仿木材气凝胶的制备与应用
俞书宏院士团队《Angew》：超弹性纤维素气凝胶！
中国科学技术大学俞书宏院士团队通过基于冰模板的无石化策略制备了超弹性各向异性纤维素多层分级气凝胶（Anisotropic cellulose hierarchical aerogels，ACHA）。生物聚合物聚羟基烷酸酯（PHA）颗粒被引入纤维素网络以避免细胞壁过度致密化。热蚀刻后，PHA变成大孔，不仅降低了壁的刚性和粘性，还充当缺陷部位，以引导微观变形并在宏观变形期间分散内应力。此外，热诱导的纤维素脱水也会导致氢键作用。这些措施都有助于降低壁的刚性和纳米纤维之间的粘附力，从而使气凝胶具有超弹性。得益于组分的大纵横比，细胞壁的弯曲或弹性屈曲增强了结构的可恢复性。各向异性和多层分级多孔结构通过减轻局部应变，使ACHA在大应变下具有较好的变形能力。该气凝胶具有优异的稳定性，包括不随温度变化的弹性、抗疲劳性（100000次循环后约5%的塑性变形）、高角回复速度（1475.4°s-1），优于大多数纤维素基气凝胶。这种良性策略在保留生物安全性的同时，可用于制造具有良好机械性能、隔热、颗粒过滤和其他性能的多层分级多孔材料。该研究以题为“A Petrochemical-Free Route to Superelastic Hierarchical Cellulose Aerogel”的论文发表在《Angewandte Chemie International Edition》上。
资料来源：中国科学技术大学、高分子科学前沿、材料化学快讯、WileyChem、材料人、纳米人等。
（中国粉体网编辑整理/平安）
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