天津大学苏荣欣/加拿大滑铁卢大学赵博欣 CRPS：多功能、高韧性纤维素纳米晶离子凝胶

作为一种绿色可持续的新兴材料，纤维素基离子凝胶在储能装备和可穿戴设备等领域具有巨大潜力。具有良好力学性能的可持续纤维素基离子凝胶引起了越来越多的研究兴趣。然而，目前开发的纤维素基离子凝胶制备步骤复杂且机械性能较差，限制了纤维素基离子凝胶在实际场景中的应用。因此，开发出具有多功能性，优异机械性能及易于制造的纤维素基离子凝胶仍是一项巨大挑战。

近日，天津大学苏荣欣教授团队和加拿大滑铁卢大学赵博欣教授团队联合在Cell Reports Physical Science上发表了题为“Multifunctional Nanocrystalline Cellulose Ionogels Toward Tough and Sustainable Materials”的研究性文章。天津大学化工学院博士研究生闪璨璨为论文第一作者，苏荣欣教授和赵博欣教授为论文通讯作者。

该研究利用离子液体（IL）部分溶解纤维素纳米晶（NCC）和聚合物网络结合的策略，实现了一锅法制备具有强机械性能，形状记忆功能，热响应刚性及导电性转变的纤维素纳米晶离子凝胶。

具体来说，IL中的离子能够破坏NCC内部氢键，将NCC溶解成纤维素分子链。通过控制IL处理NCC的温度和时间，可得到部分溶解的NCC (PS-NCC)。PS-NCC具有多尺度的结构：分子尺度上的被溶剂化的纤维素分子链，以及纳米尺度上的未被溶解的具有高度结晶的区域。且PS-NCC 在IL中具有良好的分散性，使得PS-NCC在离子凝胶中的负载量可以高达 60 wt%。所构建的PS-NCC离子凝胶具有优异的机械性能，可以实现高杨氏模量（44 MPa），强韧性（~34 KJ m-2）和高拉伸性（~870 %），与其他已报道的纤维素基离子凝胶相比具有明显优势。

由于离子凝胶中存在IL （1-丁基-3-甲基咪唑鎓氯化物 [Bmim]Cl），PS-NCC离子凝胶还具有热响应的刚性及导电性可变功能，能够组装成热响应抓手以及温度报警装置。并且该离子凝胶的前驱体溶液具有剪切变稀特性，能够利用直接书写式3D打印，打印出复杂的图案和结构。此外，离子凝胶中的IL的可以通过溶剂交换来实现回收，且离子凝胶可以被自然环境中的土壤降解，进一步丰富了其实用性和可持续性。

原文链接：

https://www.cell.com/cell-reports-physical-science/fulltext/S2666-3864(23)00295-3

转自：“高分子科学前沿”微信公众号

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