摘要：水凝胶是一类经物理或化学交联形成具有独特三维网络结构的软物质材料,具有良好的生物相容性、优异的柔韧性、结构可设计性和功能可调性,在多功能材料领域备受关注。纤维素是自然界中含量最丰富的天然高分子材料,除了生物相容性好、可生物降解和可再生等优点,纤维素大分子链上的多羟基结构具有形成多重氢键作用的特点,易与水凝胶基体形成良好的分子亲和作用,产生相互叠加及协同作用。同时,纤维素的多羟基结构可为其改性提供活性位点,从而有效提高纤维素水凝胶的功能可调性,赋予水凝胶更多优异特性。在全球“碳达峰”和“碳中和”大背景下,纤维素是构建先进多功能水凝胶的理想绿色基元材料。通过创新设计的方法赋予纤维素水凝胶自愈合、自黏附、导电、抗冻、环境刺激响应等功能特性是当前天然高分子水凝胶领域的研究热点。笔者基于近年来功能性纤维素基水凝胶的研究前沿和动态,介绍了纤维素基水凝胶的构筑策略及其交联机制,梳理总结了纤维素在自愈合水凝胶、自黏附水凝胶、导电水凝胶、环境刺激响应性水凝胶和抗冻水凝胶等功能性凝胶材料领域的研究进展,重点阐述了功能性纤维素基水凝胶在柔性可穿戴设备、组织工程材料、生物医药载体以及伤口敷料等领域的构建及其应用研究进展。最后,总结归纳了功能性纤维素基水凝胶面临的问题与挑战,展望了纤维素基水凝胶材料未来可能的发展前景和研究方向,以期为设计和开发性能优异的纤维素基先进多功能材料提供参考。

摘要：文章以松香酸铜(copper abietate,Cu-A)和纳米纤维素(cellulose nanocrystals,CNCs)这两个具有独特化学结构的天然可再生资源为石英晶体微天平湿度传感材料,设计了松香酸铜/纳米纤维素(Cu-A/CNCs)复合敏感膜材料的优化合成、数据分析、结构与形貌表征和湿度传感性能研究实验。该实验的开展有助于调动学生对绿色化学、天然高分子材料和化学传感器等课题的兴趣,促使他们深入了解这类敏感材料的响应机制和潜在应用。该实验的特色与亮点是以“科学假设为驱动”,引导学生进行实验设计,并通过实验结果来验证科学假设。

摘要：纳米纤维素作为纤维素基纳米材料的代表,不但保留了天然纤维素的性质,同时赋予纳米粒子以高强度、高结晶性、高比表面积、高抗张强度等特性,能够明显改善材料的光、电、磁等性能,在复合材料、精细化工、医药载体、药物缓释等领域具有广阔的应用前景。进一步对纳米纤维素的结构进行调控,在纳米尺度操控纤维素超分子聚集体,进行结构设计并组装出稳定的功能性纤维素基纳米材料,即可以纤维素为原料构建具有优异性能的生物质材料,这也正是目前生物质材料和纤维素科学领域的研究热点。概括了目前纳米纤维素的主要制备方法:机械法、化学法和生物法,并对各种制备方法的优缺点进行了讨论,同时综述了纳米纤维素的应用状况,指出了纳米纤维素的制备及应用方面需要解决的主要问题及今后的发展方向。

摘要：天然纤维中的位错是纤维中最弱部分,对纤维的拉伸强度具有重大的影响。为研究位错对天然纤维力学性能的影响机理,本文采用了OM(光学显微镜)以及FEG-SEM对大麻纤维的位错进行了形态表征;利用XRD和ATR-FTIR确定纤维的结晶度;通过ATR-FTIR谱图的分析以及解卷积分析,研究了位错处纤维素氢键,半纤维素以及木质素的脱除。结果显示,位错处微纤维角发生急剧变化,纤维结晶度低;位错从三个方面对天然纤维的力学性能进行影响:1)纤维素的氢键断裂,尤其是O(3)H—O(5)的分子内氢键断裂,降低了纤维素的结晶度以及纤维的应变能;2)半纤维素的脱除,导致细胞壁各层出现较为严重的分层,使得纤维的组织松散,降低微纤维与木素之间的剪切应力转移;3)S-木质素的脱除,降低了木质素网络结构的强度,导致微纤维转移的剪切应力降低。

摘要：以巨菌草（pennisetumsineseroxb）为原料，采用酸水解法制备了纳米纤维素（CNC），并应用响应面分析法对影响纳米纤维素得率的3个主要因素即硫酸浓度、温度、时间进行了优化。实验结果表明，利用Design—Expert的Box—behnken中心组合设计建立的二次多项式模型较显著，当硫酸浓度为51％，温度为60℃，时间为120min时，纳米纤维素的得率达到最大值80％。制备的CNC呈棒状，直径约为20～30nm，长度100～200nm；XRD图谱表明CNC的结晶度较巨菌草显著提高；红外光谱表征显示，CNC仍保持纤维素的基本结构。

摘要：基于芳香基双硫键,以聚丙二醇-4000(PPG-4000)和异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)为原料,双(4-氨基苯基)硫醚为交联剂,乙酸酯化纳米纤维素作为增强相,制备得到乙酸酯化纳米纤维素/聚(脲-氨酯)[esterified cellulose nanocrystals/poly(urea-urethane),E-CNCs/Pus]自愈合复合材料。对其力学性能、热学性能、表面化学结构、自愈合性能进行了表征研究。结果表明,E-CNCs/PUs在室温下不需其他额外条件即可实现自愈合,说明芳香基双硫键可作为动态交联键应用于自愈合聚(脲-氨酯)的设计与构建;E-CNCs添加量为0.1%时,其聚(脲-氨酯)复合材料拉伸强度达到5.71MPa,与纯聚(脲-氨酯)材料相比,增加了43.11%;E-CNCs/PUs复合材料不仅具有较高的拉伸强度,而且保持了良好的弹性和延展性;热学性能分析结果表明,E-CNCs对聚(脲-氨酯)复合材料热稳定性具有较小影响。