近日,我院吴义强院士、左迎峰教授研究团队在国际知名期刊《Nano-Micro Letters》(影响因子36.3,中科院一区TOP)发表了题为“Bioinspired Precision Peeling of Ultrathin Bamboo Green Cellulose Frameworks for Light Management in Optoelectronics”(仿生精准剥离超薄竹青纤维素框架用于光电子器件光管理)的研究论文。我院硕士研究生王燕为第一作者,博士生张源为共同第一作者,吴义强院士与左迎峰教授为通讯作者,中南林业科技大学为论文第一完成单位。该研究得到国家自然科学基金重大项目(32494793)的支持。
竹青(Bamboo Green,BG)是竹材加工中的废弃外层,因表面蜡质阻碍粘接而长期被忽视。然而,其超薄的皮层细胞结构和天然雾度特性在光管理领域潜力巨大。当前纤维素光学材料的制备主要面临两大技术路线的权衡:1)自下而上法(如TEMPO氧化纳米纤丝):通过分子级重构可获得高透明性(>90%),但存在能耗高、需合成粘合剂调控雾度、工艺步骤复杂等问题;2)自上而下法(如木材/竹材模板):虽保留天然结构,但传统材料在可加工最薄厚度(≥1 mm)下透明性不足40%,且需压缩或聚合物填充来改善性能。团队创新性地提出"竹青细胞结构精准保留"策略,突破了天然纤维素材料性能优化的瓶颈。受鱿鱼皮肉分离机制启发,团队开发了过氧甲酸(HCOOOH)选择性剥离技术,首次实现10μm厚竹青纤维素细胞框架的完整剥离(结晶度64.76%)。在未压缩、无聚合物填充条件下,该单层细胞模板同时实现80%透明度和88%雾度,厚度仅为木材模板的1/100,光学性能显著优于同类天然模板材料。作为太阳能电池的光管理层,竹青细胞框架通过增强光散射使多晶硅电池光电转换效率(PCE)绝对值提升0.41%(18.74%→19.15%),优于合成抗反射涂层。这种"天然超薄结构精准保留"的新型材料制备策略为解决生物质材料"透明性-雾度"权衡难题提供了原创性方案。该成果所开发的竹青框架兼具天然材料的可持续性和人工设计材料的性能优势,在柔性电子、建筑节能等领域具有重要应用前景。