纖維素是一種環(huán)保的生物質(zhì)材料，在自然界中來源廣泛。 其分子鏈中每個重復(fù)單元的2，3，6位上含有一個自由羥基（-OH），在電場的作用下容易發(fā)生取向極化，從而賦予纖維素較高的介電常數(shù)（εr）。 且-OH之間形成的分子間、分子內(nèi)氫鍵網(wǎng)絡(luò)也為纖維素帶來了優(yōu)異的物理化學(xué)性能，這些優(yōu)勢使得纖維素成為替代石油基電介質(zhì)材料的候選者。然而，為滿足電子設(shè)備微型化、輕量化的發(fā)展需求，纖維素基電介質(zhì)材料的儲能密度需進(jìn)一步提升。因此，如何提高纖維素基電介質(zhì)的介電常數(shù)以滿足電容器的發(fā)展需求仍是一個重要問題。
圖1 不同溶解溫度制備的纖維素介電薄膜在室溫下的介電常數(shù)（a）和介電損耗（b）。
進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，高溶解溫度制備的全纖維素復(fù)合薄膜同時存在Ⅰ型晶和Ⅱ型晶，其氫鍵相互作用較弱且具有一定含量的不穩(wěn)定tg構(gòu)象（C6）。通過Havriliak?Negami擬合分析，上述結(jié)構(gòu)差異可以明顯提高纖維素的β和γ松弛能力，即局部主鏈和側(cè)基的運(yùn)動能力增強(qiáng)。
該項工作提出了一種全新的高介電常數(shù)纖維素介電薄膜的制備策略，并幫助我們進(jìn)一步認(rèn)識了纖維素微觀結(jié)構(gòu)與其介電性能之間的關(guān)系。
圖2 RC-12.5、RC-10、RC-8樣品的結(jié)構(gòu)示意圖
該工作以“Enhanced Dielectric Properties of All-Cellulose Composite Film via Modulating Hydroxymethyl Conformation and Hydrogen Bonding Network”為題發(fā)表在ACS Macro Letters上（ACS Macro Lett. 2023, 12, 880?887）。該論文第一作者為四川大學(xué)博士生李德龍，通訊作者為四川大學(xué)黃華東副教授和李忠明教授。該研究得到國家自然科學(xué)基金委的支持。
原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsmacrolett.3c00224
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