我國(guó)木材資源嚴(yán)重短缺，木材供應(yīng)安全保障形勢(shì)嚴(yán)峻，但具備可再生、能降解、易加工且強(qiáng)度高、成本低等優(yōu)點(diǎn)屬性的竹材資源卻相當(dāng)豐富。隨著竹材加工業(yè)的發(fā)展，其產(chǎn)品由最初的手工制品發(fā)展到各類竹材人造板，廣泛應(yīng)用于建筑、裝飾、家居等領(lǐng)域。然而，目前的竹產(chǎn)品類型和性能單一、附加值較低，該如何提高傳統(tǒng)竹產(chǎn)品的附加值?

3月3日，記者從中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院獲悉，為進(jìn)一步高效利用竹材的天然組織結(jié)構(gòu)和精細(xì)的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，發(fā)揮其優(yōu)良的生物學(xué)特性，該院木材工業(yè)研究所于文吉?jiǎng)?chuàng)新團(tuán)隊(duì)在高性能竹基纖維復(fù)合材料的基礎(chǔ)上，開展了以竹材細(xì)胞為單元的重組材料研究，并成功制備出基于竹結(jié)構(gòu)的柔性電極材料，相關(guān)研究成果于2月25日發(fā)表在國(guó)際著名期刊《自然》子刊《npj—柔性電子》上。

此前，于文吉?jiǎng)?chuàng)新團(tuán)隊(duì)經(jīng)過近十年的研發(fā)，開發(fā)出了以“竹鋼”為代表的高性能竹基纖維復(fù)合材料，實(shí)現(xiàn)了“煉竹為鋼”，并成功應(yīng)用于風(fēng)電槳葉制造和建筑結(jié)構(gòu)等應(yīng)用領(lǐng)域，使我國(guó)竹材產(chǎn)業(yè)化位居世界領(lǐng)先水平。

與其他生物質(zhì)材料相比，竹材具有生長(zhǎng)速度快、纖維強(qiáng)度高等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。其組織結(jié)構(gòu)更是相對(duì)簡(jiǎn)單，主要由薄壁細(xì)胞和纖維細(xì)胞組成。具有養(yǎng)分儲(chǔ)存和運(yùn)輸功能的薄壁細(xì)胞緊緊包裹在纖維細(xì)胞周圍，纖維細(xì)胞主要提供機(jī)械支撐并促進(jìn)水和無機(jī)鹽運(yùn)輸，薄細(xì)胞壁上有大量微米級(jí)的孔隙，這些天然孔結(jié)構(gòu)為相鄰細(xì)胞之間的生物量交換提供通道，并促進(jìn)能量?jī)?chǔ)存。

于文吉介紹說，該柔性電極材料受天然竹材組織的靈感啟發(fā)，通過對(duì)竹材細(xì)胞進(jìn)行分離、改性和重組，一方面保留了竹材細(xì)胞天然的精細(xì)結(jié)構(gòu)，以滿足儲(chǔ)能裝置中復(fù)雜的物質(zhì)傳輸和相互協(xié)同;另一方面通過分別賦予不同細(xì)胞優(yōu)異的導(dǎo)電性和多尺度孔隙結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)其在儲(chǔ)能裝置中的電子傳輸和高效儲(chǔ)能。該電極材料組裝的柔性超級(jí)電容器由于其出色的柔韌性以及細(xì)胞之間優(yōu)異的變形協(xié)調(diào)性，以任意角度彎曲時(shí)均能保持良好的性能，其編織成的可穿戴手環(huán)能夠?yàn)槲⑿蛿?shù)字電壓表供電。

據(jù)了解，重量輕、成本低、能量密度高的竹結(jié)構(gòu)柔性電容器，可以廣泛應(yīng)用于智能紡織領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)竹材的高附加值利用，拓寬竹材的應(yīng)用領(lǐng)域。而且這項(xiàng)以竹材為靈感的研究為基于竹材細(xì)胞精細(xì)結(jié)構(gòu)重組儲(chǔ)能裝置的開發(fā)提供了一個(gè)潛在方向。(通訊員 林秋琴 黃宇翔 科普時(shí)報(bào)記者 胡利娟)

標(biāo)簽： 煉竹為鋼 竹材變身 柔性電極材料 電極材料