ACS Nano: 3D打印超弹性，吸湿性和离子传导性的纤维素纳米纤维块材

雨辰

2021-01-17

可压缩和超弹性的3D打印块材在储能，软电子和传感器等各种应用中显示出了巨大的应用前景。尽管这种弹性的块体结构已经使用了石墨烯类材料，但在自然界最丰富的材料——纤维素中尚未实现，部分原因是纤维素内部有很强的氢键网络。

有鉴于此，不列颠哥伦比亚大学的Feng Jiang教授等人，报道了一种3D打印的纤维素纳米纤维块体材料，该材料在43%的相对湿度下表现出极好的弹性（在500次压缩测试后应变恢复超过91％），可压缩性（高达90％的压缩应变）和压力敏感性(0.337 kPa^-1)。

本文要点

1）演示了使用3D打印和梯度引入吸湿盐CaCl₂来制造超弹性，吸湿性和离子导电CNF块体材料的过程。为了实现超弹性特性，采用3D打印和冻干技术引入了分级的宏观和微观多孔结构。

2）将CaCl₂引入3D打印的CNF块体中，既可以将表面羧酸基团交联，形成强大而刚性的网络结构，又可以作为吸湿盐，从空气中吸收水分，从而产生弹性和柔性性能。

3）通过调节CaCl₂的含量可以容易地调节水的吸收容量和速率以及机械响应性。3D打印的CNF块体材料具有出色的弹性和形状恢复能力，能够从70％的应变中完全恢复，并可以承受500多次压缩测试循环。进一步证明了具有良好离子导电性的CNF块体材料可以作为应变和应力传感器，其优异的应力敏感性为0.337 kP^-1。

总之，这种简单和高效的技术可以被认为是一种制作3D分层弹性超材料的通用方法，并可能导致轻型和超弹性材料对传感器的简单设计,保温,和许多其他应用。

参考文献：

Yuan Chen et al. Superelastic, Hygroscopic, and Ionic Conducting Cellulose Nanofibril Monoliths by 3D Printing. ACS Nano, 2021.

DOI: 10.1021/acsnano.0c10577

https://doi.org/10.1021/acsnano.0c10577