本报讯 最近,现代工程与应用科学学院祝名伟副教授联合美国马里兰大学胡良兵教授,首次实现了木材表面的微纳结构,展示了其表面纳米图案的制备能力,突破了木材传统的应用领域。该成果以《Precision Imprinted Nanostructural Wood》为题发表在材料类著名期刊Advanced Materials。同时,Nature杂志以“别再挑剔木材:它已经走入高科技”为题(Don’t knock wood: an ordinary material goes high-tech),进行了Highlight(https://www.nature.com/articles/d41586-019-03138-7):“中国南京大学的祝名伟、马里兰大学的胡良兵及其同事将压印技术应用于木纤维,所得材料可以作为塑料的丰富替代品,如印有微观图案的木片可以用作微透镜阵列”。
该团队基于木材及其纤维分级结构特点,通过部分去除木质素使微纤丝之间可移动,获得木材的类似塑性的力学特性,并在室温、潮湿条件下对木材表面进行纳米压印,然后通过干燥重新形成纤维间的氢键,从而将微纳结构完整、精确地复制到木材表面,实现了木材表面结构的尺寸范围从纳米到微米大跨度的图案的制备与调控。
该团队通过使用不同的模板,成功制备出了尺度跨度从约40nm纳米半球到的尺度约50微米的压印图案。这种技术可以高效地获得复杂、多尺度的微纳图案。通过多次压印,该团队利用一维光栅实现了木材表面的二维点阵结构。这意味着通过有限的模板类型多次压印,可以在木材表面制备复杂的图案和多尺度的复合结构。
该团队还以木材微透镜阵列(MLA)展示其潜在的光学材料和技术应用。跟传统制备微透镜阵列的材料PS相比,木材MLA具有很好的热稳定性,在150℃的高温下,木材MLA没有任何结构改变仍然具有成像能力。木材表面微纳结构的获得开辟和拓宽了木材在新科技应用领域如生物降解和绿色光学、生物学和电子学等的应用可能性。
论文第一作者为现代工程与应用科学学院陈延峰教授18级博士生黄大方、硕士吴佳扬,以及美国马里兰大学博士后陈朝吉;通讯作者为南京大学祝名伟副教授和美国马里兰大学胡良兵教授,该论文同时得到了我院葛海雄教授和袁长胜副教授的大力支持。
(现代工程与应用科学学院科学技术处)