中國科學技術大學俞書宏院士、管慶方團隊通過引入最有效的仿生模型之一的“磚和泥”結構來改善材料的綜合性能。提出了PLA輔助的剝離和分散方法，以天然礦物云母為原料制備PLA包覆的云母納米片(納米云母/PLA)。通過引入剪切力組件，可以制造出一種具有“磚和泥”結構的珍珠質納米復合薄膜。

這項研究近期發表在著名期刊Advanced Functional Materials。

 

作者報道了一種可生物降解的珍珠質納米復合薄膜，通過自組裝來自天然礦物云母的PLA涂層納米云母，具有優異的阻隔性能、優異的機械性能和紫外線屏蔽性能。

 

 

本研究的珍珠質納米復合薄膜有望成為未來優秀的食品包裝材料，這將延長食品的保質期。

 

 

珍珠質納米復合薄膜的設計與制備

 

 

一般來說，“磚”的選擇在珍珠質“磚和泥”結構材料的制造中起著關鍵作用。天然云母被選為“磚”的原料，主要是因為它具有豐富的儲量和優異的紫外線防護性能。作者發現納米云母片可以在PLA溶液中形成均勻的分散體。PLA分子的修飾極大地促進了PLA和納米云母片之間的結合能力，這使得隨后的自組裝過程成為可能。

 

PLA輔助納米云母片的剝離

 

 

天然從云母剝離為納米云母片，通過PLA溶液中的高速剪切和超聲處理，云母粉末分解成納米級片材。納米云母表面上的分子極大地促進了其在有機溶劑中的穩定性和分散性，這使得納米云母片均勻分布在PLA基體中。

 

力學性能

 

 

受益于珍珠質結構設計，與純PLA相比，納米云母/PLA納米復合膜的機械性能大大提高。這種納米復合薄膜的高強度和高模量源于具有高剛度的納米云母磚以及納米云母片和PLA分子之間的強相互作用。

 

阻擋和紫外線屏蔽性能

 

 

除了機械性能外，阻氣也是包裝材料的重要性能。與其他塑料薄膜相比，PLA的高結晶度使其具有相對高的阻氧性能。

 

珍珠質薄膜（添加量：40 %）的水蒸氣阻隔性比純PLA薄膜好約4倍。與市售的乙酸乙烯酯共聚物（EVA）包裝膜相比，改進近3倍。

 

PLA添加有序的納米云母片顯著提高了珍珠質薄膜的油脂阻隔性能。與純PLA薄膜相比，珍珠質薄膜的油脂阻擋提高了6倍。

 

珍珠質薄膜具有出色的潤滑脂阻隔性能，為化妝品，藥品和富含揮發油的食品的包裝材料提供了全新的選擇。

 

珍珠質納米復合薄膜還具有出色的紫外線屏蔽性能。納米云母/PLA生物激發復合膜在UV波段（280nm）具有低透射率，在可見光帶（555nm）具有高透射率，表明該膜具有優異的UV屏蔽性能和可見光透射率。

 

紫外線屏蔽能力使珍珠質激發的納米復合薄膜可用作紫外線敏感食品、醫藥和電子產品的包裝材料，以避免紫外線損傷。

 

這種珍珠質納米復合膜顯示出優異的機械性能、紫外線屏蔽和阻氣性能。珍珠質納米復合薄膜的整體性能優于商業塑料薄膜，這將有可能打開PLA在包裝領域實際應用的道路。