3D-printed mechanically strong and extreme environment adaptable boron nitride/cellulose nanofluidic macrofibers

氮化硼 材料科学 纳米技术 纳米片 纤维素 柔性电子器件 极限抗拉强度 机械强度 纳米纤维素 热稳定性 化学工程 复合材料 工程类
作者
Le Yu,Tingting Gao,Ruiyu Mi,Jing Huang,Weiqing Kong,Dapeng Liu,Zhiqiang Liang,Dongdong Ye,Chaoji Chen
出处
期刊:Nano Research [Springer Science+Business Media]
卷期号:16 (5): 7609-7617 被引量:33
标识
DOI:10.1007/s12274-023-5383-x
摘要

Fibrous nanofluidic materials are ideal building blocks for implantable electrode, biomimetic actuator, and wearable electronics due to their favorable features of intrinsic flexibility and unidirectional ion transport. However, the large-scale preparation of fibrous nanofluidic materials with desirable mechanical strength and good environment adaptability for practical use remains challenging. Herein, by fully taking advantage of the attractive mechanical, structural, and chemical features of boron nitride (BN) nanosheet and nanofibrillated cellulose (NFC), a scalable and cost-effective three-dimensional (3D) printed macrofiber featuring abundant vertically aligned nanofluidic channels is demonstrated to exhibit a good combination of high tensile strength of 100 MPa, thermal stability of up to 230 °C, and ionic conductivity of 1.8 × 10−4 S/cm at low salt concentrations (< 10−3 M). In addition, the versatile surface chemistry of cellulose allows us to stabilize the macrofiber at the molecular level via a facile post-cross-linking method, which eventually enables the stable operation of the modified macrofiber in various extreme environments such as strong acidic, strong alkaline, and high temperature. We believe this work implies a promising guideline for designing and manufacturing fibrous nanodevices towards extreme environment operations.
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