Small:纳米纤维素材料在传感器中应用的综述

物联网的飞速发展及“绿色”智能社会的构建刺激了传感器需求量的大幅增长,同时也对传感器的设计材料及应用性能等提出了更高要求。在此背景下,纳米纤维素作为一种源于自然的绿色纳米材料,引起了研究者的极大兴趣。纳米纤维素自身为一维纳米材料,具有较大的比表面积和长径比。其优异的成膜性及丰富的表面活性官能团等特点使其可进一步加工成二维(膜材料)及三维材料(如水凝胶和气凝胶等)。不同维度纳米纤维素材料具有不同特点,这为纳米纤维素用于传感器设计提供了极大的自由度,可满足不同传感器的设计需求。事实上,纳米纤维素的独特性质使其在传感器中可承担不同角色,如分散剂、载体或模板等。近些年,该研究领域发展迅速,已取得了一系列重要研究成果,已成为传感器和生物质材料备受关注的研究领域。

山东大学晶体材料国家重点实验室刘宏教授与加拿大新不伦瑞克大学化工系倪永浩教授等在传感器与纳米纤维素功能材料研究领域积累丰富,近日受邀在Small发表题为“Ultrasensitive Physical, Bio, and Chemical Sensors Derived from 1-, 2-, and 3-D Nanocellulosic Materials”的综述文章(DOI: 10.1002/smll.201906567)。该综述首次从不同维度纳米纤维素材料角度出发,全面深入分析了目前纳米纤维素(包括纳纤化纤维素,纳晶化纤维素及细菌纤维素)在传感器领域的研究成果。文章将纳米纤维素材料按照一维、二维及三维进行划分,指出不同维度纳米纤维素材料的结构与性能特点,并在每一类纳米纤维素材料下详细讨论了包括物理传感器、生物传感器及化学传感器等不同类别传感器的研究成果,重点指出纳米纤维素在相应传感器中的功能及其对传感性能的影响。文章最后对比总结了不同维度纳米纤维素材料的优缺点及其在不同类别传感器中的应用,突出了不同维度纳米纤维素材料对相应传感器设计及应用的影响,并展望了纳米纤维素这一绿色可持续纳米材料未来发展所面临的机遇与挑战。该综述对传感器深入研究及纳米纤维素产业化应用等相关领域具有指导意义。

该论文由陕西科技大学、山东大学、新不伦瑞克大学(加拿大)、浙江大学、加拿大林产品创新研究院合作完成,第一作者为戴磊副教授,通讯作者为刘宏教授、倪永浩教授及陈志荣教授。