“煉竹為鋼”！竹材“變身”柔性電極材料

我國木材資源嚴重短缺，木材供應安全保障形勢嚴峻，但具備可再生、能降解、易加工且強度高、成本低等優點屬性的竹材資源卻相當豐富。隨著竹材加工業的發展，其產品由最初的手工制品發展到各類竹材人造板，廣泛應用于建筑、裝飾、家居等領域。然而，目前的竹產品類型和性能單一、附加值較低，該如何提高傳統竹產品的附加值?

3月3日，記者從中國林業科學研究院獲悉，為進一步高效利用竹材的天然組織結構和精細的細胞結構，發揮其優良的生物學特性，該院木材工業研究所于文吉創新團隊在高性能竹基纖維復合材料的基礎上，開展了以竹材細胞為單元的重組材料研究，并成功制備出基于竹結構的柔性電極材料，相關研究成果于2月25日發表在國際著名期刊《自然》子刊《npj—柔性電子》上。

此前，于文吉創新團隊經過近十年的研發，開發出了以“竹鋼”為代表的高性能竹基纖維復合材料，實現了“煉竹為鋼”，并成功應用于風電槳葉制造和建筑結構等應用領域，使我國竹材產業化位居世界領先水平。

與其他生物質材料相比，竹材具有生長速度快、纖維強度高等獨特優勢。其組織結構更是相對簡單，主要由薄壁細胞和纖維細胞組成。具有養分儲存和運輸功能的薄壁細胞緊緊包裹在纖維細胞周圍，纖維細胞主要提供機械支撐并促進水和無機鹽運輸，薄細胞壁上有大量微米級的孔隙，這些天然孔結構為相鄰細胞之間的生物量交換提供通道，并促進能量儲存。

于文吉介紹說，該柔性電極材料受天然竹材組織的靈感啟發，通過對竹材細胞進行分離、改性和重組，一方面保留了竹材細胞天然的精細結構，以滿足儲能裝置中復雜的物質傳輸和相互協同;另一方面通過分別賦予不同細胞優異的導電性和多尺度孔隙結構，以實現其在儲能裝置中的電子傳輸和高效儲能。該電極材料組裝的柔性超級電容器由于其出色的柔韌性以及細胞之間優異的變形協調性，以任意角度彎曲時均能保持良好的性能，其編織成的可穿戴手環能夠為微型數字電壓表供電。

據了解，重量輕、成本低、能量密度高的竹結構柔性電容器，可以廣泛應用于智能紡織領域，實現竹材的高附加值利用，拓寬竹材的應用領域。而且這項以竹材為靈感的研究為基于竹材細胞精細結構重組儲能裝置的開發提供了一個潛在方向。(通訊員 林秋琴 黃宇翔 科普時報記者 胡利娟)

標簽： 煉竹為鋼 竹材變身 柔性電極材料 電極材料