北京林业大学陈胜博士/许凤教授ACS Appl Mater Inter：木质纤维基绿色超疏水光管理薄膜

背景介绍

光管理薄膜材料具有可调控的透明度、雾度及其他功能，在光电器件和节能建筑等领域备受关注。但是多数光管理薄膜都是不可降解的石油基材料，他们会对环境造成不可逆转的影响。每年来自木糖醇生产过程中的玉米芯残渣量高达1000万吨，但大多数都会被丢弃或掩埋，没有得到高效利用。

近日，北京林业大学林木生物质化学北京市重点实验室许凤课题组将不同比例的木浆和工业玉米芯水解残混合并溶解于离子液体得到再生复合薄膜，通过喷涂疏水纳米二氧化硅颗粒制备得到超疏水光管理薄膜。该薄膜材料不仅展现出高透明度（78 %），高雾度（60 %），同时还具有优异的紫外阻隔性能（可阻隔99.94 %的UVB和98.04 %的UVA）和超高的水接触角（165.1°）。将此薄膜应用于智能建筑可同时实现室内光线均一、紫外线屏蔽已经自清洁的功能，为木质纤维废料的功能转化与高值利用提供了新的思路（图1）。该工作以Sustainable and Superhydrophobic Lignocellulose-Based Transparent Films with Efficient Light Management and Self-Cleaning为题发表于ACS Appl Mater Inter （https://doi.org/10.1021/acsami.1c14948），第一作者为博士研究生宋怡佳，共同通讯作者为青年教师陈胜博士与许凤教授。

图1 超疏水光管理膜的制备流程示意图

图文解读

作者将木浆和玉米芯水解残渣按不同比例（100:0、95:5、90:10、80:20和70:30）混合制备薄膜，图2显示得到的薄膜呈棕黄色，具有较好的透明度，随着玉米芯水解残渣的量的增加，薄膜的雾度也随之增加。

图2（a）薄膜覆盖在文字上的光学照片，（b）薄膜距离文字上1 cm的光学照片，（c）激光照射薄膜显示的光散射现象。

通过紫外分光光度计对薄膜进行系统表征，对于纯纤维素薄膜具有高的透明度（90 %）和低的雾度（~3 %），PR薄膜展现出相对低的透明度，但是高的雾度。例如，PR20的透明度降低至78 %，但其雾度增加至61 %。PR薄膜可以阻隔100 %的UVB（280-320 nm）和80 %的UVA（320-400 nm）。（图3）

图3（a）薄膜的透射率和（b）光学雾度，（c）光管理窗户的应用示意图，（d）薄膜的UVB和UVA阻隔率，（e）薄膜的紫外线阻隔机理示意图，（f）分别以PR0和PR20作为光管理屋顶的房屋模型内部的光学照片。

作者进一步通过喷涂二氧化硅纳米颗粒在薄膜上，制备超疏水的PR薄膜。纯纤维素薄膜的水接触角为66.7 °，随着玉米芯水解残渣的量的增加，PR薄膜增加到98.9±1.0 °。在喷涂3次之后，薄膜的水接触角增加至165.1±0.7 °。该薄膜展现出自清洁的功能。（图4）

图4（a）薄膜和超疏水薄膜的水接触角，（b）涂覆和未涂覆SiO₂纳米颗粒的PR20照片，（c）HPR20自清洁性能的光学照片，（d）薄膜超疏水表面的微结构示意图，（e）薄膜的自清洁性能的示意图。

总结

综上，作者将木浆和玉米芯水解残渣不同比例混合，通过溶解再生工艺得到可调控透明度、雾度和紫外阻隔的光管理薄膜。在喷涂疏水的二氧化硅纳米颗粒后，光管理薄膜具有超疏水表面，同时不改变其光学性能。此研究制备的光管理薄膜可为室内提供均匀柔和的阳光，有望应用于智能建筑和其他相关领域。

原文链接：

https://doi.org/10.1021/acsami.1c14948

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