研究背景
随着电子设备的快速升级，石油基介电材料由于其不可生物降解和不可再生的 特性将对环境造成不利影响，因此，急需开发出一种对环境友好、高能量密度 的介电材料。三醋酸纤维素（CTA）作为纤维素的高度乙酰化衍生物，不仅继承纤维素的优点，其高乙酰化度破坏了强氢键网络，赋予了其极低的吸湿性、均一致密的分子结构及高热稳定性。同时，CTA的高粘度使其成膜性优异。这些特性使其成为极具潜力的介电材料基质。
文章要点
本研究以环境友好的CTA为基体，引入纤维素纳米晶（CNC）作为纳米填料，制备了系列全纤维素基复合介电薄膜。结果表明，少量高模量CNC（0.3 wt%）的加入，通过其与CTA链间形成的物理缠结和氢键作用，减少了结构缺陷，作为深电荷陷阱抑制了载流子迁移，增强了基体缠结密度和杨氏模量。因此，复合膜保持了90%的光学透射率，增强了热稳定性，并显著改善了机械性能，拉伸强度（50.18 MPa）和拉伸模量（3.62 GPa）分别提高了67.9%和38.2%。击穿强度（
）提升至630.68 MV/m，较纯CTA薄膜（470.32 MV/m）提高约34.1%。此外，放电能量密度（
）在725 MV/m时达到4.37 J/cm³，较纯CTA膜提高了1.74倍，同时能量效率（
）保持在70.2%，并展现出良好的充放电循环稳定性。该工作为设计新一代高性能、全生物基的绿色储能介电材料提供了有效策略。
图文展示
图1. (a)介电常数、(b)介电损耗和(c)交流电导率的频率依赖性；(d)在102 Hz下获得的不同样品的介电常数和介电损耗。
图2. (a)威布尔分布和(b)不同样品对应的特征击穿强度。
图3. (a)样品的应力-应变曲线，(b)样品的力学性能比较，(c)CNC对复合薄膜的力学增强机理，(d)紫外-可见吸收光谱计算的带隙图和(e)CTA和CNC的静电式分布(ESP)。
图4. 25℃测试条件下，具有不同CNC含量的CTA薄膜在不同电场下的
环。
图5. (a)能量效率和放电能量密度，(b)最大电场下最大
和
的比较，(c)不同样品在最大电场下的曲线的比较，以及(d)不同样品的净极化参数。
图6. (a)不同样品电流密度的变化，(b)和(c)CTA/CNC-0.3复合膜的循环稳定性能。
综上，本工作以“High transparent, high strength and high energy storage capability of cellulose triacetate films via incorporating cellulose nanocrystal”为题发表在期刊《Carbohydrate Polymers》（IF：12.5，中科院化学大类1区）上。论文的第一作者为哆啦AV梦
2024级硕士生肖心蕊，通讯作者为哆啦AV梦
王勇教授和杨静晖副教授。
Xin-rui Xiao, Rui Luo, Jing-hui Yang*, Nan Zhang, Yong Wang*. High transparent, high strength and high energy storage capability of cellulose triacetate films via incorporating cellulose nanocrystal. Carbohydrate Polymers, 2026, 384, 125274.
文章链接：//doi.org/10.1016/j.carbpol.2026.125274
