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Forschungsfortschritt von Nanocellulose-Funktionsmaterialien und deren Anwendungen

Zeit:2021-08-30 Treffer:

Nanocellulose ist die am häufigsten vorkommende Biomasse-Ressource auf der Erde. Es hat die Vorteile des leichten Abbaus, verlängerbar, ungiftig, günstig und einfach zu bekommen, und soll traditionelle petrochemische Ressourcen ersetzen und zur Herstellung verschiedener fortschrittlicher Funktionsmaterialien mit hohem Mehrwert verwendet werden. Je nach Herstellungsmethode und Quelle der Nanocellulose, Nanocellulose lässt sich in drei Kategorien einteilen: Cellulose nanokristallin (CNC), Zellulose Nanozellulose (CNF) und Bakterienzellulose (BC).




Zahl 1. Quellen, Mikrostruktur und Anwendungsmöglichkeiten von Nanocellulose



Nanocellulose-Funktionsmaterialien für die chirale Photonik
Chiralität ist in der Natur allgegenwärtig und spielt eine wichtige Rolle in den Biowissenschaften und den Materialwissenschaften. CNC ist ein chirales photonisches Kristallmaterial im Nanometerbereich. Die chiral-nematische Flüssigkristall-Phasenstruktur von CNC kann nicht nur zur Herstellung funktioneller Filmmaterialien mit hohen mechanischen Eigenschaften und besonderen optischen Eigenschaften verwendet werden, aber auch als eine Art weiches Rohtemplate verwendet werden, um Nanopartikel zu funktionellen Materialien mit chiraler Struktur zu induzieren. Daher, chirale Katalyse, chirale Metamaterialien, Polarisationsverschlüsselung und Biosensorik haben einen wichtigen Anwendungswert.



Zahl 2. Anwendung von Nanocellulose-Funktionsmaterialien in der chiralen Photonik



Nanocellulose-Funktionsmaterialien für Softwaretreiber
In den letzten Jahren, Wissenschaftler haben auf geniale Weise eine Vielzahl von biomimetischen intelligenten Aktoren entwickelt, die auf weichem Material basieren, das aus verschiedenen synthetischen Polymeren gewonnen wird, wie typische Hydrogele, Flüssigkristallelastomere und Formgedächtnispolymere, das Fahrverhalten lebender Organismen nachzuahmen oder gar zu übertreffen. Jedoch, diese traditionellen polymerbasierten Materialien werden normalerweise durch komplexe Prozesse synthetisiert, sind teuer und schwer abzubauen oder zu recyceln, was eine gewisse Belastung für die Umwelt bedeuten kann. Bemerkenswert ist, dass biomimetische Softwaretreiber auf Basis von Nanocellulose aufgrund ihrer überlegenen mechanischen Flexibilität immer mehr Aufmerksamkeit auf sich ziehen, hohe Feuchtigkeitsaufnahmekapazität, Nachhaltigkeit oder Umweltfreundlichkeit, wiederverwendbar oder biologisch abbaubar und Biokompatibilität.



FEIGE. 3. Anwendung von Nanocellulose-basierten Funktionsmaterialien im Bereich Softwaretreiber



Nanocellulose-Funktionsmaterialien zur Energiespeicherung
Nanocellulose hat eine große spezifische Oberfläche, ausgezeichnete mechanische Flexibilität, gute chemische Stabilität und Umweltfreundlichkeit, und die Fasern sind miteinander verflochten. Es ist leicht, eine poröse Struktur für den Ionen- und Elektronentransport zu bilden. An der Faseroberfläche sind hydrophile funktionelle Gruppen wie Hydroxylgruppen und Carboxylgruppen angebracht, die eine gute Feuchtigkeitsspeicherfähigkeit in der Elektrolytlösung hat, Dadurch erhalten die abgeleiteten Funktionsmaterialien eine breite Anwendungsperspektive im Bereich der Energiespeicherung. Nanocellulosebasierte Funktionsmaterialien können nicht nur als verschiedene Komponenten von Energiespeichern verwendet werden, wie Diaphragma, Elektrolyt, Kleber und Träger. Gleichzeitig, Hochtemperatur-Karbonisierung, In-situ-Strategien zur chemischen Polymerisation und elektrochemischen Abscheidung können zum Kompositieren mit elektroaktiven Materialien verwendet werden, um feinere Nanostrukturen und ausgezeichnete elektrochemische Eigenschaften zu erhalten.



Zahl 4. Anwendung von Nanocellulose-basierten Funktionsmaterialien im Energiespeicherbereich



Nanocellulose-Funktionsmaterialien für biomedizinische Anwendungen
Im trockenen Zustand, die mechanischen Eigenschaften von Nanocellulose sind mit menschlichem Knochen vergleichbar, im nassen Zustand, die physikalischen und chemischen Eigenschaften von Nanocellulose ähneln denen der extrazellulären Matrix. inzwischen, neben hervorragenden physikalischen und chemischen Eigenschaften, Nanocellulose hat eine hohe Kompatibilität mit anderen Polymeren oder Funktionsmaterialien, wodurch Nanocellulose-Funktionsmaterialien einen guten praktischen Wert und breite Anwendungsperspektiven im biomedizinischen Bereich haben.



Zahl 5. Anwendung von Nanocellulose-basierten Funktionsmaterialien im biomedizinischen Bereich

 


(Quelle: Frontiers in Polymer Science)