中國科大碳納米纖維組裝體的宏量制備及應用研究獲進展

　　近年來，中國科學技術大學俞書宏教授領導的研究小組圍繞如何利用一維結構為構筑單元實現組裝制備宏觀塊體材料及如何實現將這些宏觀組裝體功能化以獲得實際應用等科學問題，開展了一系列富有創新的探索研究，在碳納米纖維及組裝體的宏量制備和實際應用方面取得一系列突破性進展。

　　最近，本課題組在他們以往宏量制備納米線三維材料的實驗啟發下，利用可噸級生產的廉價的細菌纖維素納米纖維凝膠為原料，經過冷凍干燥及煅燒后，成功制備出超輕、柔性及抗火性能極好的碳納米纖維氣凝膠，在國際上率先實現了利用工業化大規模生產的生物質材料來制備三維碳納米材料。該碳納米纖維氣凝膠密度僅為4-6mg/cm3，孔隙率高達99.7%，可以被壓縮到自身體積的10%后完全恢復到原有形態，并且此氣凝膠表現出優異的抗火性能。進一步實驗研究表明，該材料能夠用于海上原油泄漏污染的治理及新型壓力傳感器等的研制。該項工作發表在德國《應用化學》上，被選為Inside Back Cover論文。論文剛發表即被多家國際媒體以研究亮點的形式進行了報道。

　　3月4日，美國《化學與工程新聞》以Carbon Aerogels Sop Up Hydrocarbons為題進行了報道，德國Wiley出版社Chemistry Views以New Aerogels: Airy but Thirsty為題選將其選為研究亮點報道。與此同時，該小組利用此種碳納米纖維氣凝膠與彈性高分子聚合物復合成功制備可拉伸的彈性導體，論文發表在《自然-亞洲材料》上，被該刊評為TOP 10論文并以Flexible electronics: Bacteria chip in為題加以報道。

　　此前，該課題組經過長期實驗探索，首次在16升的反應器中成功實現了碳納米纖維的宏量制備，制備了體積達10升以上大小的由碳納米線構筑的水凝膠和氣凝膠，該海綿狀三維網絡材料因其多孔性、高比表面、輕質、良好的機械強度和可加工性，表現出優異的可壓縮性和對環境污染物的高效處理能力。相關成果發表在德國《應用化學》上，隨后被德國媒體Chemistry Views以Large-Scale Fabrication of Hydro- And Aerogels為題選為研究亮點報道。此外，研究人員還先后制得了多種功能化自支持復合碳納米纖維薄膜，并展示了這些自主研制的碳納米纖維功能薄膜材料在多方面的廣泛應用潛力。

　　最近，該研究小組還在上述三維導電碳纖維氣凝膠的啟發下，利用商業化的海綿作為支撐骨架，用簡單的方法成功的將一維的銀納米線組裝成三維網絡結構的導電海綿。該網絡同二維銀納米線網絡相比，具有雙重網絡結構，能夠承受更大的拉伸變形而保持電導率基本不變。該材料電導率良好，并且易于商業化生產，在柔性導體、電容器電極、生物電極等領域具有潛在的應用前景。相關成果發表德國《應用化學》和德國《先進材料》等期刊上。

　　鑒于該課題組在多重模板宏量制備納米纖維、組裝及應用方面的系統性工作和取得的重要進展，受美國化學會國際著名綜述期刊《化學研究述評》的邀請，發表題為Multiplex Templating Process in One-Dimensional Nanoscale: Controllable Synthesis, Macroscopic Assemblies, and Applications的綜述評論，全面總結和回顧了該課題組近十年來在該領域取得的系列重要成果，總結了本課題組提出并發展的多重模板法技術的發展過程、化學轉化、組裝等關鍵技術和概念，如何實現了超長徑比納米線及組裝體的制備，并指出在納米纖維組裝與功能化研究中所提出的概念和使用的方法可推廣至其他材料體系，例如，零維納米顆粒和二維納米片，以期獲得更為廣泛的新型宏觀納米構筑單元組裝體功能材料。

　　上述研究工作受到國家重大科學研究計劃項目、國家自然科學基金委重點基金、中國科學院重點部署項目、科技部國際合作項目等支持和資助。