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研究人员使用纳米纤维素创造具有新特性的材料

信息来源:星火计划 发布时间:【2020-08-14 】 点击次数:
用金属纳米粒子装饰的纳米纤维素。图片来源:Magnus Johansson
当纳米纤维素与各种类型的金属纳米颗粒结合时,形成的材料具有许多新颖而令人兴奋的特性。它们可能是抗菌的,在压力下会变色,或将光转换为热。
 
 
林雪平大学物理,化学和生物学系生物物理与生物工程学系副教授丹尼尔·艾利说:“ 简单地说,我们是用纳米纤维素制造黄金的。”
 
由丹尼尔·阿里(Daniel Aili)领导的研究小组使用了细菌产生的生物合成纳米纤维素,最初是为伤口护理而开发的。科学家随后用金属纳米颗粒(主要是银和金)修饰了纤维素。首先对不大于十亿分之一米的颗粒进行定制,使其具有所需的性能,然后与纳米纤维素结合。
 
“纳米纤维素由细细的纤维素丝组成,其直径约为人发直径的千分之一。这些丝充当了金属颗粒的三维支架。当颗粒自身附着于纤维素上时,这种材料就构成了颗粒和纤维素形式的网络”,Daniel Aili解释说。
 
研究人员可以高精度确定要附着的粒子数量和身份。它们还可以混合不同金属且形状不同的颗粒(球形,椭圆形和三角形)。
随着压力的增加,材料最终似乎是金。图片来源:Magnus Johansson
 
在发表于《高级功能材料》上的科学文章的第一部分中,该小组描述了该过程,并解释了其为何如此起作用。第二部分重点介绍几个应用领域。
 
一种令人兴奋的现象是在施加压力时材料特性发生变化的方式。当粒子彼此靠近并相互作用时,就会出现光学现象,并且材料会改变颜色。随着压力的增加,材料最终似乎是金。
 
丹尼尔·阿里说:“当我们用镊子捡起材料时,它看到了颜色改变了,起初我们不知道为什么。”
 
科学家将这种现象称为“机械等离子体效应”,事实证明它非常有用。与传感器密切相关的应用是因为可以用肉眼读取传感器。例如:如果蛋白质粘附在材料上,则在压力下它不再改变颜色。如果蛋白质是特定疾病的标记物,则变色失败可用于诊断。如果材料变色,则标记蛋白不存在。
 
另一种有趣的现象是材料的一种变体,它吸收了光谱范围更广的可见光中的光并产生热量。此属性可用于基于能量的应用和医学。
 
“我们的方法使制造纳米纤维素和金属纳米粒子的复合材料成为可能,这些复合材料是柔软的,生物相容的材料,用于光学,催化,电气和生物医学应用。由于该材料是自组装的,因此我们可以生产具有全新明确定义特性的复杂材料 ”,丹尼尔·艾力总结道。

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