细菌纤维素基功能柔性膜材料的可控构筑与表征

Bacterial cellulose is a type of bio-nanomaterial and its raw materials, process and product are ecological.It has high specific surface area and three-dimensional network structure with a large number of hydroxyl on the surface.Therefore，it is a kind of biological macromolecules template with high performance. This proposal focuses on studying the in situ composite mechanism of bacterial cellulose, and explore the effects of the microstructure, surface properties and functional modification of the template on the preparation and properties of functional nano-composite membranes. Especially we focus on preparing the nano-composite flexible membranes with optical,electrical,and magnetic properties etc. based on bacterial cellulose as template, the preparation of the synergies in the preparation process, the combination of function and further exploring their application in the fields of sensors, photoelectric switches, and storage of information etc.

细菌纤维素是原料，工艺及产品全生态的生物纳米材料，具有高比表面积及三维网络结构，其表面含有大量的羟基，是性能优异的生物大分子模板。本课题研究细菌纤维素原位复合机理，探索模板的微观结构，表面性质及功能化改性对功能纳米复合膜材料制备及结构性能的影响。重点研究以细菌纤维素为模版制备具有光、电、磁等多功能柔性纳米复合膜材料，制备过程中的协同效应，功能组合，探索其在传感器，光电开关，信息存储等领域的应用。

细菌纤维素是原料、工艺及产品全生态的生物纳米材料，具有高比表面积及三维网络结构，其表面含有大量的羟基，是性能优异的柔性生物大分子模板。本项目系统研究了细菌纤维素表面羟基可及度及2,3,6 位羟基反应活性：O(2)H>O(6)H>O(3)H。通过对细菌纤维素表面电动力学性能分析，得出了细菌纤维素在中性及碱性条件下的模板效应最显著，其表面羟基基团的大量解离可使其作为有效的反应活性位点。通过研究氨基化、羧基化等化学改性，以及原位添加高分子等物理改性对细菌纤维素表面特性，如比表面积、化学反应性，亲水性的影响，实现了细菌纤维素模板性能的可调控性，从而为细菌纤维素化学改性及表面修饰、设计细菌纤维素基高性能柔性功能膜材料体系提供了实验和理论支持。研究了以纳米纤维素为模板的无机与有机功能分子可控复合机理，考察了不同制备条件对复合材料结构及性能的影响，在此基础上制备了具有离子检测（Cu2+检测限0.016 mM）、光催化（甲基橙2h降解大于90%）、光致变色（快速，重复性好）、磁性（饱和磁导率1.49–13.67 emu/g）、导电（电导率：0.94 S/cm）等功能膜材料，为纳米纤维素在功能及先进材料领域应用提供实验与研究基础。并进一步发挥其医用材料的优势，拓展了利用高分子材料构建微孔模板，利用细菌纤维素纳米纤维进行修饰，构建兼具微孔与纳米纤维的组织工程支架材料，为细菌纤维素作为医用植入材料提供了新的研究方法和思路；开展了以TEMPO氧化细菌纤维素湿法连续纺丝制备宏观纤维及功能应用的新领域。