胡良兵：木材工程化利用领域重要研究成果，接连登《Nature》《Science》

美国马里兰大学教授胡良兵（中国科大9702校友）课题组在木材的工程化利用领域又取得系列突破。

胡良兵课题组基于纳米纤维素开发出新型的具有高离子电导率的固态电解质，该研究打破了锂离子聚合物电解质的室温离子电导率，且基于纳米纤维素的离子导体可以实现高能量密度的固态电池。相关成果以“Copper-coordinated cellulose ion conductors for solid-state batteries”为题在线发表于Nature (2021年10月20日)，而10月22日另一重磅成果则作为封面成果刊登于《Science》。

固态电池薄膜Nature, 2021, October 20

固态电池是实现高能量密度、高安全性的储能器件的必然选择，但实现固态电池依赖于高性能的固态电解质。现有的无机固态电解质虽然离子电导率较高（>10-3 S/cm），但其机械脆性、刚性导致界面电阻大，而且大面积制备极为困难。相反，聚合物电解质机械柔韧性、界面亲和性较好，且易于规模化生产，但目前所有的固态聚合物电解的室温离子电导率都较低（通常<10-5 S/cm），不能满足使用需求。

胡良兵课题组利用自然界中资源最为丰富的生物大分子材料——纤维素设计聚合物电解质。纤维素具有丰富的极性官能团，有助于促进离子解离与传导，但分子间距过小不能容纳离子传输，因而传统中纤维素只用作隔膜、凝胶电解质的载体等。胡良兵课题组利用铜离子与纳米纤维素分子络合，打开纤维素分子通道，用于锂离子负载、传输通道实现的固态离子电导率可达~1×10-3 S/cm，是其它固态聚合物电解质的10-100倍。

木材是一种公认的环保结构材料，具有低密度、较高力学强度的特点，被广泛应用于建筑等工程领域。然而，其成型加工性较差，难以如金属、塑料那样被加工成具有复杂几何形状的结构；同时其力学强度仍然难以比拟金属材料。这些大大限制了木材在汽车、飞机、航天等工程领域的应用。胡良兵课题组于2018 (Nature, 2018)年开发了一种化学处理结合机械热压处理工艺，实现了木材十倍的增强、增韧。然而，其成型加工性仍有待进一步的提高。

可折叠的超强木头 Science封面文章（ 2021年10月22日）

胡良兵课题等通过一种结合化学处理和“水冲击”（“water-shock”）处理对木材细胞壁进行褶皱工程改性，构筑一种具有选择性打开管胞的褶皱细胞壁结构。这种褶皱细胞壁结构赋予木材优异的可弯折性以及模压加工成型性，同时在空气中干燥后剧烈收缩致密化，大大增强木材的力学强度。该研究打破了木材不易在强化的同时具有良好加工成型性的限制，使其兼顾优异的力学性能及“类金属/塑料”的良好加工成型性，极大拓展了木材的应用范围，特别是在对强度和复杂形状成型性都有较高要求的工程领域有很好的应用前景。相关成果以“Lightweight, strong, moldable wood via cell wall engineering as a sustainable structural material”为题在线发表于Science (Science, 2021, October 22, Cover)。

胡良兵（中国科大9702）

胡良兵教授， 美国马里兰大学Herbert Rabin杰出讲席教授， 材料创新中心主任（Center for Materials Innovation）, 1997-2002中国科技大学物理学士学位,已在Nature, Science, Nature Materials等顶级英文期刊上发表学术论文400余篇，被引用超过65,000次。他主要从事木材纳米科技， 极高温合成， 全固态电池， 柔性器件， 是HighT-Tech LLC (www.hight-tech.com)和InventWood LLC (www.inventwood.com) 公司的创始人。

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