纳米纤维素改性及其在柔性电子方面的应用

作者：王瑞平; 袁长龙; 陶劲松^*

来源：材料导报, 2019, 33(17): 2949-2957.

• 纳米纤维素
• 分散性
• 基底
• 柔性电子材料

近年来,随着全球气候的改变和资源短缺,环境友好的可再生材料受到了广泛关注。纤维素广泛存在于自然界中,是一种绿色的可再生资源。通过化学、机械、酶解等方法处理纤维原料制得的纳米纤维素(Cellulose nanofibrils,CNF)具有比表面积大、长径比高、结晶度高、透明、成膜性好和可降解等优良的性质,在绿色柔性电子材料领域表现出极大的应用潜力。然而,纳米纤维素的发展及应用过程中仍存在以下问题;(1)从天然纤维素中分离纳米纤维素的制备周期长、能耗大、成本高,目前这些问题导致其大规模化生产还面临挑战;(2)纳米纤维素比表面积大,易于团聚,在非极性有机溶剂中的分散性差,在与聚合物复合应用中有一定困难;(3)纳米纤维素的表面活性基团主要是羟基,功能性单一,这限制了纳米纤维素的应用;(4)纳米纤维素在柔性电子材料应用中的某些性能如耐折性、水氧阻隔性、防水性、耐候性和耐热性等还需进一步提高。国内外对于纳米纤维素的制备、改性及在柔性电子材料方面的应用研究主要集中于:(1)通过探索新型高效环保溶剂体系制备纳米纤维素,缩短制备周期,制备过程绿色环保。(2)目前,纳米纤维素的改性及在柔性电子领域的应用主要在于如何提高其热学性能、分散性及与其他复合材料的兼容性等方面。通过小分子化学反应,引入的乙酰基等基团可有效增强其疏水性、在非极性溶剂中的分散性及热学性能;通过聚合接枝反应,可以改善其在有机溶剂中的分散性能,还能根据所接物质的不同,实现纳米纤维素的功能化改性;物理吸附改性使其疏水性增强,分散性提高。(3)纳米纤维素在有机发光器二极管、太阳能电池、超级电容器、无线射频识别、触摸屏、晶体管等柔性电子材料中具有巨大的应用前景,需对其研究现状进行系统阐述。本文综述了纳米纤维素的制备原理和方法,为扩大其应用范围,重点概括了CNF的酯化、酰胺化、离子络合、阳离子化、聚合物接枝和表面活性剂吸附等多种改性方法,并对CNF作为绿色电子新材料在有机发光器件、太阳能电池、超级电容器、无线射频识别、触摸屏、晶体管等柔性电子材料中的研究现状进行了总结,分析了该领域存在的问题,展望了其发展前景。

• 单位
  华南理工大学