自然界中的許多生物能夠利用天然高分子和生物礦物質(zhì)構(gòu)建許多結(jié)構(gòu)復(fù)雜、具有優(yōu)異機(jī)械強(qiáng)度和功能性的復(fù)合材料。然而，晶體礦物的大尺寸、各向異性、表面化學(xué)性質(zhì)通常會導(dǎo)致天然結(jié)構(gòu)材料各向異性的特點(diǎn)，在某些方向上呈現(xiàn)脆弱的機(jī)械性能，而且將其塑造成所需的微/納米結(jié)構(gòu)以增加其功能性也面臨著很大困難。因此，生物體進(jìn)化出一種替代策略，即利用非晶態(tài)礦物作為中間/永久相，在微/納米尺度上實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)材料的構(gòu)建。
圖1 CNFs穩(wěn)定ACC以構(gòu)建多功能復(fù)合材料的設(shè)計(jì)示意圖
為了研究羧基化CNF對ACC的穩(wěn)定機(jī)制，文章研究了CNF表面羧基含量對穩(wěn)定ACC含量的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定ACC的含量與CNF表面所羧基量呈線性正相關(guān)關(guān)系，證明表面羧基含量是穩(wěn)定ACC的重要因素。其次，文章還對比了羧基化CNF與其他兩種具有相似的羧基化多糖化學(xué)結(jié)構(gòu)的羧甲基纖維素（CMC）和海藻酸鹽對ACC的穩(wěn)定效率。研究發(fā)現(xiàn)，CNFs的穩(wěn)定效率分別是CMC和海藻酸鹽的3.6和4.4倍，甚至高于合成穩(wěn)定劑PAA。文章認(rèn)為，CNFs對ACC的這種特殊穩(wěn)定能力與CNFs的剛性物理隔離網(wǎng)絡(luò)，及其表面羧酸基團(tuán)對鈣離子的化學(xué)協(xié)同作用有關(guān)。然而，CMC和海藻酸鹽具有長而柔的分子鏈，在羧酸基團(tuán)和鈣離子的強(qiáng)相互作用下容易轉(zhuǎn)變?yōu)槔p結(jié)收縮的構(gòu)象，從而有利于結(jié)晶碳酸鈣的成核和生長。
圖3 CNF/ACC復(fù)合材料的自愈合性能及表面微納米圖案化。
原文鏈接： https://doi.org/10.1021/acsnano.2c12385
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