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院士團隊，新成果！“氣溶膠輔助生物合成”復(fù)合材料

2022-07-07 14:38:00 作者：材料PLUS 來源：材料PLUS 分享至：

近年來，隨著納米技術(shù)的不斷發(fā)展，聚合物基納米復(fù)合材料由于其優(yōu)異的力學(xué)性能和功能性在材料領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。然而，如何實現(xiàn)聚合物基納米復(fù)合材料的高效、大規(guī)模、綠色環(huán)保、可持續(xù)且高度可控的制備仍然是一個世界難題。然而，對微生物輔助復(fù)合材料制備過程的探索有望為該問題提供一種全新的解決方案。

近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)俞書宏院士團隊?wèi)?yīng)邀在國際綜述期刊《Accounts of Materials Research》上，發(fā)表題為“Growing Bacterial Cellulose-Based Sustainable Functional Bulk Nanocomposites by Biosynthesis: Recent Advances and Perspectives”的評述論文，合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家研究中心管慶方副研究員為該論文的第一作者。

作者詳細評述了一種被命名為“氣溶膠輔助生物合成”的復(fù)合材料原位制備新策略，并從其普適性、可控性、三維可設(shè)計性、可擴展性和可持續(xù)性等方面全面論述了該復(fù)合材料制備策略的巨大潛力。該策略巧妙地將納米材料氣溶膠的沉積過程和微生物原位合成高強度細菌纖維素三維納米網(wǎng)絡(luò)的過程相結(jié)合，成功實現(xiàn)了各種納米材料在三維納米網(wǎng)絡(luò)中均勻分散，并制備得到了一系列兼具高強度和功能性的細菌纖維素基納米復(fù)合材料。

首先，作者回顧了聚合物基復(fù)合材料的發(fā)展歷程，進而從復(fù)合材料制備過程中的關(guān)鍵要素的時空分布的角度分析復(fù)合材料的制備方法，并首次提出了基于關(guān)鍵要素的時空匹配程度評價復(fù)合材料制備策略的觀點，這一觀點為復(fù)合材料制備方法的探索提供了新的思路和方向。而后，基于關(guān)鍵要素時空匹配的觀點，作者分析了氣溶膠輔助生物合成策略具有諸多優(yōu)勢的內(nèi)在原因，指出了該策略的核心優(yōu)勢在于實現(xiàn)了細菌合成納米三維網(wǎng)絡(luò)和納米材料沉積這兩個關(guān)鍵過程的配合。具體來說，該策略是通過實現(xiàn)上述過程的關(guān)鍵要素（氧氣、營養(yǎng)物質(zhì)、細菌和納米材料等）在時間與空間兩個維度上的匹配，成功制備了兼具優(yōu)異力學(xué)性能和功能性的納米復(fù)合材料。在此基礎(chǔ)上，可精確控制納米材料氣溶膠沉積過程為該策略帶來了普適性、可控性和三維結(jié)構(gòu)可設(shè)計性。同時，常溫常壓下的生物合成過程使得該策略具有充分的可擴展性、環(huán)保性以及可持續(xù)性。最后，作者展望了這類生物合成的納米復(fù)合材料未來的發(fā)展方向以及該領(lǐng)域一些亟待解決的問題，并提出未來有望基于該策略構(gòu)建高效、安全、低能耗的“細菌工廠”用于生產(chǎn)各類細菌纖維素基功能納米復(fù)合材料的設(shè)想。