华南理工王小慧教授课题组《Prog. Mater. Sci.》综述：生物质基“绿色”电子器件的研究进展

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电子行业的快速兴起给人类生活带来了极大便利，但同时也产生了大量电子垃圾，造成了严重的环境污染问题。因此，近年来研究和开发可持续和可降解的新型“绿色”电子器件受到了国内外学者的广泛关注。纤维素和甲壳素是地球上储量最丰富的生物质资源，具有可再生、可生物降解、耐高温和易于功能化改性等优点，是制备“绿色”电子产品的理想材料。然而，天然生物质材料具有结构和成分的复杂、亲水、功能性差（如：缺乏导电性）等缺点，限制了其在电子产品中的应用。因此，对天然生物质材料进行结构设计、分子改性和功能调控使其满足电子产品的使用要求至关重要。

图1 生物质基材料在“绿色”电子器件中的应用

近日，华南理工大学王小慧教授课题组受邀在《Progress in Materials Science》上发表了题为“Designed Biomass Materials for “Green” Electronics: A Review of Materials, Fabrications, Devices, and Perspectives”的综述论文。该综述首先介绍了纤维素和甲壳素的化学结构、物理状态和本质特性，以及其应用于电子器件领域的优势和不足之处。接着，归纳了近年来通过物理、化学、生物、表面和界面工程等策略设计一维、二维和三维生物质材料，使其满足电子器件应用领域材料特性的具体方法，并总结了这些材料的结构特点、综合性能、可持续性和经济性。然后，总结了利用一维、二维和三维生物质材料开发有机发光二极管（OLEDs）、太阳能电池（SCs）、印刷电子产品（PEs）和薄膜晶体管（TFTs）等“绿色”电子产品的最新研究进展。最后，概述了生物质“绿色”电子器件领域目前所面类的主要挑战、未来的重点发展方向和应用前景。

图2 通过界面调控策略设计功能性生物质基材料

图3 生物质基材料（甲壳素纳米纸）作为有机发光二极管的柔性基底

图4 生物质基材料（a,壳聚糖衍生物；b,木质素衍生物；羧甲基纤维素）作为太阳能电池的阴极界面层

图5生物质基材料（打印纸）作为打印电子线路的柔性基底

图6生物质基材料（a,纸张；j,纤维素纳米纸）作为薄膜晶体管的柔性基底

该论文第一作者为苏治平博士（现为四川农业大学副教授），通讯作者为华南理工大学王小慧教授。该工作获得了国家重点研发计划（2019YFE0114400）、国家自然科学基金（22005103）、泰山产业领军人才计划（20180215）和中国博士后科学基金（2021M702377）等项目的资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2021.100917

通讯作者简介：王小慧，华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室，教授、副主任。主要从事生物质及纸基材料研究，发展了木质纤维功能界面的构建方法，实现多种碳纳米材料和金属纳米颗粒对纤维的高效复合，并以此为基础制备了具有导电、导热、电磁屏蔽等性能的纤维及纸基材料；发展并改进了天然生物质的均相改性方法，实现了结构、性能可控的两亲性、离子性生物质衍生物的定向制备，进一步利用生物质及其衍生物分子自组装、复合等方法获得多种特殊结构和功能性的生物质基化学品和代塑新材料，并实现了它们在高附加值领域的应用。入选中组部万人计划“青年拔尖人才”、教育部“新世纪优秀人才”支持计划、广东省特支计划、及“泰山产业领军人才”。已发表SCI论文110余篇，含IF>10的二十余篇，SCI他引3500余次，3篇论文曾入选ESI高被引论文。获教育部自然科学二等奖2项，主持重点研发计划项目等国家及省部级科研项目10余项，参编英文专著3部，获授权发明专利20余件，专利成果转化4项。现担任中国纤维素行业协会专家委员会委员、中国化学会纤维素专业委员会委员、广东省造纸学会理事、国际期刊“Industrial Crops & Products”（一区）副主编，及“Bioresources”、Molecules、中国造纸、中国造纸学报、林产化学与工业、林业工程学报、数字印刷等期刊编委。

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