造紙技術是中國古代四大發明之一，其中宣紙是我國保存高級檔案和史料的最佳用紙，是流傳至今的古籍珍本、書畫墨跡與傳統藝術的重要載體。宣紙制作工藝也被列為世界非物質文化遺產。宣紙是傳統手工紙品最杰出的代表，具有綿軟堅韌、百折不損、光而不滑、吸水潤墨、紋理純凈、防腐防蛀等優點，其種類繁多，制作工藝流程復雜，整個制作周期至少歷時一年，故有“紙壽千年”與“紙中之王”的美稱，居“文房四寶”之首。

近日，中國科學技術大學研究團隊受宣紙制造工藝和結構的啟發，通過對傳統宣紙結構進行表征，探究了其高強度、高韌性的微觀機理，研制出了一種具有多尺度結構的高霧度透明薄膜。這種薄膜有望成為柔性透明電子器件基底材料的理想選擇。

在宏觀結構上，宣紙由青檀樹皮和沙田稻草為原料經過嚴格的上百道工序制成。在微觀上，該團隊發現宣紙內部具有大量的納米纖維和微米纖維相互交織，形成了微米納米多尺度的三維網絡，這種仿生多尺度結構賦予了宣紙高強度、高柔韌性的力學優勢。受宣紙多尺度結構的啟發，研究人員通過將微米纖維素和纖維素納米纖維組裝成多尺度結構，制備了高性能、高霧度透明薄膜。這種多尺度結構賦予了薄膜高強度、高韌性、高透光率、高霧度的特性，以及極佳的柔韌性和可折疊性等優異的綜合性能，并且可以通過卷對卷的工藝進行連續化生產?；谠摱喑叨缺∧ぶ谱鞯娜嵝越鼒鐾ㄓ嶋娐冯娮悠骷婢吒咄该鞫?、高霧度和優異的柔韌性，在彎曲時仍然可以準確地記錄和讀取信息，展示了多尺度薄膜作為柔性電子器件基底的應用潛力。相關研究成果以“Sustainable Multiscale High-Haze Transparent Cellulose Fiber Film via a Biomimetic Approach”為題發表于ACS Materials Letters上。

該薄膜多尺度雙網絡結構通過高密度的氫鍵網絡將應力分散在更廣闊的多尺度三維網絡之中，避免了應力集中，同時實現了高強度和高柔韌性，在完全折疊后也不會形成破壞性折痕，卷起后可恢復原狀。這種多尺度薄膜還具有優異的熱穩定性，與廣泛使用的石油基塑料薄膜相比，其在250°C下也沒有明顯的變化，而廣泛使用的石油化工塑料薄膜在該溫度下已經完全變軟、變形。該材料出色的力學、熱力學與光學特性，使其成為應用于精密光學器件和柔性電子器件領域的理想薄膜材料。研究人員用該多尺度薄膜作為基底制作了近場通信電路(NFC)。與NFC電路集成的薄膜不僅表現出高透明度和高霧度，而且還具有出色的柔韌性。即使薄膜嚴重彎曲，寫入薄膜的信息仍然可以被智能手機快速、準確地讀取。

論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsmaterialslett.1c00630

（來源：中科大）