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仿贝壳材料应用缓解塑料污染
加入时间:2020-10-12    来源:中国纪检监察报    作者:徐海涛

  塑料制品给人们生活带来便利,但与此同时,难以降解的塑料垃圾也会对生态造成不利影响。为了更好地防治塑料污染,发展新一代可持续塑料替代材料迫在眉睫。
  
  近期,中国科学技术大学俞书宏院士团队受天然贝壳启发,基于微生物发酵过程,研制出一种高性能复合薄膜材料。这种材料在强度、韧性、透光性等方面表现出远超传统塑料的力学与光学性能,埋进土壤中约两个月即可无污染降解,有望成为柔性电子器件等领域的理想材料。
  
  贝壳是一种性能优良的天然材料,由“砖—泥”结构一层层垒砌而成。俞书宏院士团队利用纳米黏土片和细菌纤维素两种天然组分,成功构筑了“砖—纤维”的仿贝壳层状结构。
  
  “细菌纤维素由微生物代谢产生,简单来说,就是细菌‘吃了’葡萄糖后分泌出的一种物质,又细又长像绳索。”科研团队成员、中国科学技术大学博士后管庆方介绍,研究人员采用气溶胶辅助的生物合成法,把它与制成片状的黏土相结合,如同“用绳网把一层层的砖头捆绑起来”,就形成了一种性能强劲的新材料。
  
  实验显示,这种新型薄膜材料的强度达到482兆帕,是目前常用商用塑料薄膜的6倍以上。同时,它具有良好的柔韧性,可以被折叠成各种形状,再展开后没有明显损伤。得益于致密的仿贝壳“砖—纤维”结构,这种新材料可以通过薄膜内部孔隙保证透光效果,通过纳米片—纤维素的界面散射保证光学雾度,具有优异的透光性,在人眼可见光范围内实现超过73%的高透明度和超过80%的高光学雾度。而传统的聚合物塑料薄膜由于其均质结构的特点,使光线易于透过而难于散射,因此很难具备这种光学特性。
  
  管庆方做了一个形象的比喻:“如同毛玻璃的效果,既让光透进来但又不刺眼,这种‘匀光性’对制作手机屏幕等器件很重要。”
  
  此外,传统塑料薄膜在高温下极易软化变形,相比之下,这种新材料具有优异的热稳定性,温度每改变100摄氏度,其尺寸变化仅为万分之三,在250摄氏度环境下仍能保持结构和性能稳定。更重要的是,独特的原材料成分,使这种新材料全生命周期绿色无污染。细菌纤维素具有良好的生物可降解性,在土壤中约两个月就会自然降解。
  
  目前,该研究成果已在《细胞》出版集团旗下的学术期刊《物质》发表。由于兼具高性能、低成本、工艺简单等优点,这种新材料在柔性电子器件、新型显示、光电转换等领域很有竞争力。目前,科研团队正积极推进应用与产业化。
(责任编辑:余风)
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