近年來，隨著納米技術(shù)的不斷發(fā)展，聚合物基納米復(fù)合材料由于其優(yōu)異的力學(xué)性能和功能性在材料領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。然而，如何實現(xiàn)聚合物基納米復(fù)合材料的高效、大規(guī)模、綠色環(huán)保、可持續(xù)且高度可控的制備仍然是一個世界難題。然而，對微生物輔助復(fù)合材料制備過程的探索有望為該問題提供一種全新的解決方案。作者詳細(xì)評述了一種被命名為“氣溶膠輔助生物合成”的復(fù)合材料原位制備新策略，并從其普適性、可控性、三維可設(shè)計性、可擴(kuò)展性和可持續(xù)性等方面全面論述了該復(fù)合材料制備策略的巨大潛力。該策略巧妙地將納米材料氣溶膠的沉積過程和微生物原位合成高強(qiáng)度細(xì)菌纖維素三維納米網(wǎng)絡(luò)的過程相結(jié)合，成功實現(xiàn)了各種納米材料在三維納米網(wǎng)絡(luò)中均勻分散，并制備得到了一系列兼具高強(qiáng)度和功能性的細(xì)菌纖維素基納米復(fù)合材料。
首先，作者回顧了聚合物基復(fù)合材料的發(fā)展歷程，進(jìn)而從復(fù)合材料制備過程中的關(guān)鍵要素的時空分布的角度分析復(fù)合材料的制備方法，并首次提出了基于關(guān)鍵要素的時空匹配程度評價復(fù)合材料制備策略的觀點，這一觀點為復(fù)合材料制備方法的探索提供了新的思路和方向。而后，基于關(guān)鍵要素時空匹配的觀點，作者分析了氣溶膠輔助生物合成策略具有諸多優(yōu)勢的內(nèi)在原因，指出了該策略的核心優(yōu)勢在于實現(xiàn)了細(xì)菌合成納米三維網(wǎng)絡(luò)和納米材料沉積這兩個關(guān)鍵過程的配合。具體來說，該策略是通過實現(xiàn)上述過程的關(guān)鍵要素（氧氣、營養(yǎng)物質(zhì)、細(xì)菌和納米材料等）在時間與空間兩個維度上的匹配，成功制備了兼具優(yōu)異力學(xué)性能和功能性的納米復(fù)合材料。在此基礎(chǔ)上，可精確控制納米材料氣溶膠沉積過程為該策略帶來了普適性、可控性和三維結(jié)構(gòu)可設(shè)計性。同時，常溫常壓下的生物合成過程使得該策略具有充分的可擴(kuò)展性、環(huán)保性以及可持續(xù)性。最后，作者展望了這類生物合成的納米復(fù)合材料未來的發(fā)展方向以及該領(lǐng)域一些亟待解決的問題，并提出未來有望基于該策略構(gòu)建高效、安全、低能耗的“細(xì)菌工廠”用于生產(chǎn)各類細(xì)菌纖維素基功能納米復(fù)合材料的設(shè)想。
該項研究得到了國家重點研發(fā)計劃項目和國家自然科學(xué)基金重點項目的資助。論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/accountsmr.2c00028
參考資料：https://scms.ustc.edu.cn/2022/0629/c2405a561181/page.htm
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