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任意角度弯曲！竹材“变身”柔性电极材料

文章来源：科技日报更新时间：2022-03-04 14:49:38

我国木材资源严重短缺，木材供应安全保障形势严峻，但具备可再生、能降解、易加工且强度高、成本低等优点属性的竹材资源却相当丰富。随着竹材加工业的发展，其产品由最初的手工制品发展到各类竹材人造板，广泛应用于建筑、装饰、家居等领域。然而，目前的竹产品类型和性能单一、附加值较低，该如何提高传统竹产品的附加值?

　　3月3日，记者从中国林业科学研究院获悉，为进一步高效利用竹材的天然组织结构和精细的细胞结构，发挥其优良的生物学特性，该院木材工业研究所于文吉创新团队在高性能竹基纤维复合材料的基础上，开展了以竹材细胞为单元的重组材料研究，并成功制备出基于竹结构的柔性电极材料，相关研究成果于2月25日发表在国际著名期刊《自然》子刊《npj—柔性电子》上。

　　此前，于文吉创新团队经过近十年的研发，开发出了以“竹钢”为代表的高性能竹基纤维复合材料，实现了“炼竹为钢”，并成功应用于风电桨叶制造和建筑结构等应用领域，使我国竹材产业化位居世界领先水平。

　　与其他生物质材料相比，竹材具有生长速度快、纤维强度高等独特优势。其组织结构更是相对简单，主要由薄壁细胞和纤维细胞组成。具有养分储存和运输功能的薄壁细胞紧紧包裹在纤维细胞周围，纤维细胞主要提供机械支撑并促进水和无机盐运输，薄细胞壁上有大量微米级的孔隙，这些天然孔结构为相邻细胞之间的生物量交换提供通道，并促进能量储存。

　　于文吉介绍说，该柔性电极材料受天然竹材组织的灵感启发，通过对竹材细胞进行分离、改性和重组，一方面保留了竹材细胞天然的精细结构，以满足储能装置中复杂的物质传输和相互协同;另一方面通过分别赋予不同细胞优异的导电性和多尺度孔隙结构，以实现其在储能装置中的电子传输和高效储能。该电极材料组装的柔性超级电容器由于其出色的柔韧性以及细胞之间优异的变形协调性，以任意角度弯曲时均能保持良好的性能，其编织成的可穿戴手环能够为微型数字电压表供电。

　　据了解，重量轻、成本低、能量密度高的竹结构柔性电容器，可以广泛应用于智能纺织领域，实现竹材的高附加值利用，拓宽竹材的应用领域。而且这项以竹材为灵感的研究为基于竹材细胞精细结构重组储能装置的开发提供了一个潜在方向。

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