纳米纤维素：新的永恒的生物纳米材料
阿兰·杜弗雷斯（Alain Dufresne）
由于纤维素的分级结构，可以从这种天然存在的聚合物中提取纳米颗粒。多种机械剪切作用允许释放更多或更少的单个微纤维。这些微纤维的纵向切割可以通过强酸水解处理来实现，从而允许无定形域的溶解。这些纳米颗粒令人印象深刻的机械性能，增强能力，丰度，低密度和可生物降解性使其成为加工聚合物纳米复合材料的理想选择。杨氏模量在 100-130 GPa 的范围内，表面积为数百 m2g-1，可以考虑为纤维素提供新的有希望的性能。
介绍
木材和植物是产生的细胞级生物复合材料
从本质上讲，基本上是半结晶纤维素微纤维增强的无定形基质，由半纤维素，木质素，蜡，提取物和微量元素制成[1]。因此，木质纤维素纤维由粘合的微原纤维聚集体组成。结果，植物的结构跨越许多长度尺度，从而以最少的材料提供最大的强度。一个例子是木材，其中纤维素含量约为40–50wt％（一半为纳米晶形式，一半为无定形形式）（图1）。整棵树以米为单位，厘米表示横截面内的结构，毫米表示生长环，数十微米表示细胞解剖结构，微米表示细胞壁内的层结构，数十纳米表示纤维素的构型主要由半纤维素和木质素组成的基质中的原纤维，而纳米级则描述了纤维素，半纤维素和木质素的分子结构及其化学相互作用。
在自然界中，纤维素是一种无处不在的结构聚合物，可将其机械性能赋予高级植物细胞。天然纤维的分层结构基于其基本的纳米纤维成分，可导致不同种类植物的独特强度和高性能。确实，木材和其他木质纤维素材料的最重要属性是其机械性能，尤其是其 提供高机械强度和高强度/重量比的异常能力，同时还具有灵活性 以抵抗由于溶胀和收缩而引起的大尺寸变化。在所有陆生和水生植 物物种中，主要细胞壁是动态结构，其组成材料必须以可以延伸的形式合成。
由可再生和可持续的非石油资源制成的产品的需求不断增长。纤维素是地球上最丰富的聚合物，可再生，可生物降解且无毒。从植物纤维中纯化纤维素涉及化学处理，包括碱提取和漂白。由于其 分层结构和半结晶性质，可以使用自上而下的机械或化学诱导解构策略从该天然聚合物中提取纳米颗粒。
纤维素纳米颗粒或纳米纤维素的潜力已被证明可用于特殊功能的纳米材料[3]，但在过去的20年中，作为一种基于生物的增强纳米填料，这种纳米材料引起了人们的极大兴趣[4-7]。然而，纳米颗粒的主要挑战与它们在聚合物基质中的均匀分散有关。此外，由 于相互作用的表面羟基无处不在，纤维素纳米颗粒具有很强的自缔合趋势组。该性能是纸张强度的基础，是在主体聚合物基质内形成承重渗 滤结构的理想功能。但是，这些颗粒间的相互作用会在纳米复合材料的制备过程中引起聚集，并限制了机械增强的潜力。当颗粒尺寸减小时，这种现象被放大。
机械诱导的破坏策略
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