如今，大規模定向功能多孔材料已受到研究人員的追捧。然而，材料的長程均勻和定向結構的調節仍然是一個挑戰。最近，科研人員透過施加外部速度來平衡冰晶的生長驅動力，構建了具有均勻有序結構的孔壁的超長各向異性纖維素奈米纖絲 (CNF) 氣凝膠受蓮花葉柄的啟發。根據冰晶的生長規律，當外加速度為 0.04 mm/s 時，冰晶以穩定的速度生長，保證了大尺寸 CNF 氣凝膠的一致取向。氣凝膠對不同的液體溶劑表現出快速的遠端定向傳輸能力，在 50 秒內從底部到頂部輸送乙醇達 40 毫米。此外，透過引入具有良好陽離子交換效能的雷託石，所得長程複合材料對亞甲藍的吸附能力增強。此外，氣凝膠成功實現了遠距離實時染料純化，如快速染料吸附或選擇性吸附。這種製造超長取向CNF氣凝膠材料的靈活而直接的策略有望促進功能性氣凝膠在定向液體輸送和汙水處理方面的發展。
圖 1. (a) 蓮花的光學影象。蓮花葉柄在（b）橫向和（c）縱向的光學影象，顯示了多孔結構和定向通道。(d) 製備長程有序氣凝膠的示意圖。
圖 3. 外加速度為 0 mm/s 時，氣凝膠橫向（左）和縱向（右）方向不同位置的 SEM 影象
圖 4. (a) C-n、CP-nuc、CP-nc 和 CP-dc 和 (b) 遠端定向 CP-dc 的外觀。(c) C-n、(d) CP-nuc 和 (e) CP-nc 和 CP-dc 在 (f, g) 橫向和 (h) 縱向的 SEM 影象。
圖 5. (a) C-n、CP-nuc、CP-nc 和 CP-dc 在縱向上的壓應力-應變曲線。(b) CP-dc 在縱向上的壓縮能力。(c) CP-dc 的壓縮應力密度與先前研究在 70% 應變下的比較。(d) CP-dc 在橫向上的壓縮-釋放應力-應變曲線。(e) CP-dc 在橫向上的彈性。
圖 6. (a) CP-nuc、CP-nc 和 CP-dc 在水中縱向的壓縮應力-應變曲線。(b) CP-dc 在水中的壓縮-釋放-恢復過程。
圖 8. (a) 長程有序 CNF/rectorite 複合氣凝膠的外觀。複合氣凝膠（CPR-dc）的遠端染料吸附應用。(b) MB 的長程吸附試驗。(c) 吸附前後染料的光譜圖。(d) 與其他研究相比，MB 的 CPR-dc 處理率。(e) 長程選擇性吸附試驗。(f) 吸附前後染料的光譜圖。
相關論文以題為Liquid Transport and Real-Time Dye Purification via Lotus Petiole-Inspired Long-Range-Ordered Anisotropic Cellulose Nanofibril Aerogels發表在《ACS Nano》上。通訊作者是南京林業大學蔣少華教授、梅長彤教授。
參考文獻：
doi.org/10.1021/acsnano.1c10093
