中国科大发展一种新型生物合成法制备纳米复合材料

新华社合肥1月27日电(记者吴兰)中国科技大学27日报道，于书鸿教授的研究团队开发了一种新型生物合成方法，并首次制备了一系列宏观尺度的功能纳米复合材料。

最近，《国家科学评论》在网上公布了中国科技大学于书鸿教授研究团队的最新研究成果。

纳米材料具有许多优异的性能。将纳米材料组装成宏观尺度的块体材料可以实现微观性能到宏观性能的“整合”，并实现许多单个纳米粒子所不具备的新特性，如光学、磁性、电学和离子导电性。然而，如何将纳米材料组装成宏观尺度的块体材料并保持其独特的纳米尺度特性是纳米材料实际应用的关键，也是目前面临的重要挑战之一。

最近，俞树鸿教授的研究团队开发了一种通用的生物合成方法——固体基质气溶胶生物合成法。用固体代替传统的木醋杆菌液体发酵底物，稳定了微生物合成纳米纤维素的界面。通过程序控制，不同的纳米单元沉积在纳米纤维素生长界面上，实现纳米纤维素和纳米单元的均匀组成。首次成功制备了一系列纳米结构单元含量可控、形状规则的大规模细菌纤维素纳米复合材料。与传统的浆料法相比，生物合成过程完全保留了细菌纤维素的三维纳米网络结构，制备的复合材料在保持纳米单元优异的纳米尺度性能的同时，具有更优异的机械强度。

研究表明，这种合成方法是一种通用的方法，可以制备一系列由不同纳米材料和细菌纤维素组成的宏观复合块体，包括零维纳米单元(二氧化硅纳米球、四氧化三铁微球、炭黑颗粒等)。)，一维纳米单元(碳纳米管、硅酸钙纳米线、碳化硅线等。)和二维纳米单元(氮化硼纳米片、氧化石墨烯、纳米粘土片等。)。所制备的块体材料中，纳米材料含量的重量比在0-85%范围内可调，纳米材料在宏观尺度的三维纳米纤维素块体材料网络中在微观尺度上均匀分布。

据介绍，用这种方法制备的块体材料能够很好地保持纳米单元纳米级的优异性能。其中，所制备的碳纳米管/细菌纤维素复合膜的电导率和机械强度均优于此前报道的所有类似材料。在保持高强度的同时，该复合膜的电磁屏蔽性能也优于已报道的类似材料。另外，常温常压下的微生物发酵过程不涉及任何有机溶剂的使用，也不产生任何有害物质，具有环保、成本低等优点。特别是，该方法可以与食品工业中现有的细菌纤维素生产工艺灵活结合，有望实现高性能复合块体材料的工业化生产，具有广阔的应用前景。