受肌肉啟發(fā)制備出新型木質(zhì)基相變材料
文章來源：新能源網(wǎng) 更新時(shí)間：2024-09-20 16:40:19
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本報(bào)訊（記者孫丹寧）東北林業(yè)大學(xué)教授王成毓、楊海月研究團(tuán)隊(duì)與南洋理工大學(xué)教授陳曉東團(tuán)隊(duì)合作，通過溶劑響應(yīng)，制備出一種能夠適應(yīng)復(fù)雜成形的、剛度可切換的木質(zhì)基復(fù)合相變材料（PCMs）。這種生物可降解的木質(zhì)基PCMs表現(xiàn)出卓越的成形性，為可持續(xù)和高效熱管理的各種應(yīng)用鋪平了道路。相關(guān)成果近日發(fā)表于《先進(jìn)材料》。
據(jù)了解，PCMs可以儲(chǔ)存和釋放可再生熱能，對(duì)節(jié)能建筑和冷鏈物流的可持續(xù)熱管理至關(guān)重要。傳統(tǒng)的PCM在其相變溫度以上容易泄漏、失去原有的形狀，限制了其形狀穩(wěn)定性和通用性。因此，引入可生物降解和可成形的支撐材料，對(duì)于保持相變材料在高于相變溫度時(shí)形狀的穩(wěn)定性至關(guān)重要。 已有研究發(fā)現(xiàn)，自然界中，在動(dòng)態(tài)環(huán)境的驅(qū)動(dòng)下，生物系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)化出組織結(jié)構(gòu)來調(diào)節(jié)機(jī)械性能，以防止物理損傷并完成基本運(yùn)動(dòng)。例如，肌肉的周期性收縮和釋放，依賴于肌動(dòng)蛋白和肌球蛋白的交聯(lián)和脫黏的相互作用。隨后，隨著鈣水平的降低和腺嘌呤核苷三磷酸ATP消耗的減少，肌球蛋白脫離使肌肉放松。利用這種響應(yīng)結(jié)構(gòu)，研究人員通過構(gòu)建PCMs響應(yīng)交聯(lián)超分子結(jié)構(gòu)，為制造具有可編程剛度的可成形木質(zhì)基PCMs提供了參考。 這項(xiàng)最新研究將可生物降解的聚乙烯醇（PVA）加入具有分層纖維素結(jié)構(gòu)的脫木質(zhì)素椴木中，制備出具有PVA和纖維素分子響應(yīng)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的PVA/木材水凝膠（PVA/W）。在水合狀態(tài)下，由于排列的木纖維和PVA分子之間的氫鍵較弱，這種材料表現(xiàn)出較低的剛度和柔韌性。通過將聚乙二醇處理成氫鍵增強(qiáng)的PVA/木質(zhì)聚乙二醇水凝膠，其在硬質(zhì)和熔融狀態(tài)下的拉伸應(yīng)力從10.14MPa提高到80.86MPa，剛度從420MPa提高到4.8GPa，硬度是此前凝膠的530倍。這種能夠根據(jù)溶劑變化而變形的可塑性相變材料有望實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的熱管理設(shè)計(jì)。 此外，通過生命周期評(píng)價(jià)，這種可變形、可回收和可生物降解的相變材料具有更低的環(huán)境足跡，為傳統(tǒng)的塑料和熱管理材料提供了可持續(xù)的替代方案。 |
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