北林彭锋教授课题组 ACS AMI：开发新型半纤维素基液态金属功能膜材料

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液态金属是一种具有高导电性、可流动性和低毒性的金属导电填料，进一步微/纳米化处理可以增强其在生物医疗、柔性电子、热管理等领域的应用。然而，液态金属微/纳米颗粒易因极大的表面张力发生团聚，通常需要加入有机或无机分散剂对其进行稳定。传统的分散剂如阳离子表活剂或硫醇均具有一定毒性，因此，大量的生物质资源如纤维素、壳聚糖等近年来被开发用于分散稳定液态金属，但种类相对较少且功能单一，亟需开发新型生物质基多功能液态金属分散剂。

针对上述问题，北京林业大学材料学院彭锋教授课题组将目光着眼于半纤维素基液态金属稳定剂的开发，在前期的工作中，通过将溶解浆副产物木聚糖进行醛基化改性，制备了兼具生物相容性、优异稳定性的木聚糖基液态金属墨水材料，可用于催化聚合和凝胶基传感材料的制备（Green Chemistry, 2021, 23, 7796-7804）。但由于木聚糖分子间相互作用力较弱，成膜性较差，直接限制了木聚糖基液态金属油墨的实际应用。因此，他们进一步以针叶木辐射松中的葡萄糖甘露聚糖类半纤维素（GM）为原料，通过改性制备得到羧甲基葡萄糖甘露聚糖（CGM）并进一步作为液态金属（EGaIn）微/纳米液滴的分散剂剂，制备出具有高效胶体稳定性的CGM/EGaIn墨水。与木聚糖基液态金属油墨材料相比，除了同样具有可在不同基质上打印成型的特点外，CGM/EGaIn油墨还可以自沉积形成具有高机械强度 (断裂强度：~ 94 MPa和模量：~ 3.8 GPa)和光热转化功能的Janus薄膜（图1-2）。此外，该薄膜较好的导电性和极佳的应变灵敏度，使其能够有效作为传感材料监测人体运动。本研究为半纤维素的高值化利用以及生物相容性和高性能纳米液态金属材料的开发提供了新的前景。

 

图1，多功能羧甲基葡萄糖甘露聚糖/液态金属纳米油墨示意图

 

图2. CGM/EGaIn膜的Janus形貌和机械性能。（a）CGM/EGaIn膜的照片、表面和截面SEM图；（b）CGM/EGaIn膜的截面能谱图；（c）CGM/EGaIn膜的应力-应变曲线。

该工作以“Self-Standing, Photothermal-Actuating, and Motion-Monitoring Janus Films One-Pot Synthesized by Green Carboxymethyl Glucomannan/Liquid Metal Nanoinks”为题发表在《ACS Appl. Mater. Interfaces》上（10.1021/acsami.2c04796）。文章第一作者是北京林业大学大学博士研究生胡亚洁，通讯作者为北京林业大学彭锋教授，第一单位为北京林业大学林木生物质化学北京市重点实验室。该研究得到国家重点研发项目（2019YFB1503803），北京林业大学杰出青年人才培培育计划项目（2019JQ03017），制浆造纸科学与技术教育部重点实验室开放基金项目（KF202007），教育部中国-111项目（BP0820033）等项目的资助。

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.2c04796

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