中國科大發展一種新型生物合成法製備納米複合材料

中國科學技術大學27日消息，該校俞書宏教授研究團隊發展一種新型生物合成法，首次製備出系列宏觀尺度功能納米複合材料。

近日，《國家科學評論》在線發表了中國科大俞書宏教授研究團隊這一最新研究成果。

納米材料具有許多優異的性能，將納米材料組裝成宏觀尺度體材料可實現微觀性能向宏觀的「集成」，並實現許多新的且單個納米顆粒所不具備的性質，如光學、磁學、電學及離子傳導性能等。但如何將納米材料組裝成宏觀尺度體材料並保持其納米尺度的獨特性能，是納米材料獲得實際應用的關鍵，也是目前面臨的重要挑戰之一。

近日，俞書宏教授研究團隊發展了一種通用的生物合成方法——固態基底-氣溶膠生物合成法，通過將傳統木醋桿菌液態發酵基底替換為固態，穩定了微生物合成納米纖維素的界面，並通過程序化控制，在納米纖維素生長界面上沉積不同納米單元，實現納米纖維素與納米單元均勻複合，首次成功製備了一系列納米結構單元含量可控、形狀規則的宏觀尺度大塊細菌纖維素納米複合材料。與傳統漿料法相比，該生物合成過程完整地保留了細菌纖維素的三維納米網路結構，所製備的複合材料在保留其納米單元納米尺度優良性能的同時，具有更優異的力學強度。

研究表明，這種合成法是一種通用的方法，可製備一系列由不同納米材料與細菌纖維素組成的宏觀複合塊材，包括零維納米單元(二氧化硅納米球、四氧化三鐵微球、炭黑顆粒等)、一維納米單元(碳納米管、硅酸鈣納米線、碳化硅線等)、二維納米單元(氮化硼納米片、氧化石墨烯、納米粘土片等)。在所製備的塊材中，納米材料含量重量比在0~85 %範圍內可調，而且微觀上納米材料均勻地分布在宏觀尺度的三維納米纖維素塊材網路中。

據介紹，運用這種方法製備的塊材能很好地保留其納米單元納米尺度的優良性能。其中，所製備的碳納米管/細菌纖維素複合材料薄膜的導電性與力學強度綜合性能，優於以往報道的所有同類材料。在保持高強度的同時，這種複合材料薄膜的電磁屏蔽性能也優於已報道的同類材料。此外，這種常溫常壓下的微生物發酵過程不涉及任何有機溶劑的使用，也不產生任何有害物質的排放，具有環境友好、成本低等優勢。特別是該方法可靈活地與目前食品工業細菌纖維素生產工藝相結合，有望實現上述高性能複合材料塊材的工業化生產，因此具有廣闊的應用前景。

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