海绵材料迎来科技革命：生物质与石墨烯复合海绵创新突破

海绵材料迎来科技革命：生物质与石墨烯复合海绵创新突破

海绵，这种日常生活中常见的材料，正迎来一场科技革命。近年来，科研人员不断探索新型海绵材料，以满足日益增长的环保和智能应用需求。其中，全生物质纤维海绵和超疏水还原氧化石墨烯/聚氨酯复合海绵，以其独特的性能和创新的应用，成为海绵材料领域的佼佼者。

全生物质纤维海绵是一种由天然生物质材料制成的新型海绵，具有良好的吸水性和耐用性。武汉大学邓红兵教授团队在这一领域取得了突破性进展，成功开发出多种高性能生物质纤维海绵材料。

研究团队采用“多级结构暴露”和“氢键诱导重排”等创新策略，将废弃的小龙虾壳、乌贼骨和棉花等生物质材料转化为高效的微塑料捕获材料。例如，通过将小龙虾壳制备成天然纤维束骨架，实现了对水中小尺寸微塑料的高效捕获。此外，团队还利用虾壳和鱿鱼骨中的甲壳素，以及棉花中的纤维素，通过氢键自组装技术，构建了具有多级纤维结构的海绵材料，对100纳米聚苯乙烯微球的吸附容量高达411.14毫克/克，远超现有材料。

这种全生物质纤维海绵不仅具有优异的微塑料去除能力，还兼具生物降解性和可重复使用性。在首次使用时，可去除水中99.8%的微塑料，经过5个循环后，去除率仍保持在95%以上。更重要的是，这种材料制备方法简单，成本低廉，具有大规模生产的潜力，为解决全球微塑料污染问题提供了新的解决方案。

超疏水还原氧化石墨烯/聚氨酯复合海绵是一种结合了石墨烯和聚氨酯优点的新型智能材料。这种海绵具有超疏水特性和优异的传感性能，适用于多种复杂环境。

这种复合海绵的制备过程包括以下几个步骤：首先，在氧化石墨烯分散液中加入十二烷基糖苷作为发泡剂，形成氧化石墨烯微泡团聚体；然后，通过浸渍法将微泡团聚体与聚氨酯海绵骨架复合；接着，利用液氮进行极速冷冻处理，最后通过肼蒸气还原得到最终产品。这种制备方法简单，成本低，且不需要复杂的微纳米结构设计。

超疏水还原氧化石墨烯/聚氨酯复合海绵具有独特的三维分级多孔结构，赋予其优异的机械稳定性和导电性。作为柔性应力应变传感器，其灵敏度系数最高可达3.8，响应时间低至45毫秒，远超现有传感器的性能。同时，该材料还具有良好的超疏水性，水接触角达152.5°，使其在潮湿和水下等复杂环境中仍能保持稳定的性能。

这种智能海绵材料在电子皮肤、机器人、人机交互和可穿戴设备等领域具有广阔的应用前景。其超疏水特性和稳定的传感性能，使其在面对空气中的水汽或人体汗水时，仍能保持准确的信号传输，不会导致电路短路，极大地提高了使用安全性。

全生物质纤维海绵和超疏水还原氧化石墨烯/聚氨酯复合海绵的出现，不仅展示了我国在新材料领域的科研实力，也为未来环保和智能应用提供了新的可能。随着技术的不断进步和应用领域的拓展，这些新型海绵材料有望在解决环境问题和推动智能科技发展方面发挥重要作用。