日本原子能研究開發(fā)機構(gòu)（JAEA）物質(zhì)科學(xué)研究中心的關(guān)根由莉奈研究副主干、南川卓也研究員、廣井孝介研究副主干、杉田剛研究員、柴山由樹博士研究員，與豐橋技術(shù)科學(xué)大學(xué)、東京都立產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究中心、明治大學(xué)通過共同研究發(fā)現(xiàn)，只需將木材粉碎后制成的纖維素納米纖維與極低濃度的氫氧化鈉混合后冷凍，再加入檸檬酸溶解，即可制成高強度多孔凝膠材料。關(guān)根副主干表示：“我認為利用冰晶空間進行化學(xué)反應(yīng)材料的開發(fā)可以拓展到各個領(lǐng)域。希望將該技術(shù)拓展至資源再利用領(lǐng)域”。相關(guān)研究成果已發(fā)表在《Carbohydrate Polymers》上。

研究概要圖（供圖：日本原子能研究開發(fā)機構(gòu)（JAEA））

長期以來，構(gòu)成木材的纖維素一直通過化學(xué)和物理加工用于化工產(chǎn)品和服裝等。然而，這需要大量的能源來破壞纖維素分子排列成的微觀層次結(jié)構(gòu)。

研究團隊著眼于利用水結(jié)冰時所產(chǎn)生的冰晶之間包圍的納米空間。將纖維素溶液冷凍后，纖維素分子不會被冰晶所吸納，而是在冰晶之間形成了致密的納米級纖維素凝聚層。在該凝聚層中，由于分子相鄰存在，形成了不同尋常的分子排列方式。

此次研究發(fā)現(xiàn)，水溶液冷凍時在冰晶之間形成的納米空間內(nèi)，氫氧化鈉發(fā)揮作用，將纖維素分子從類似于天然結(jié)構(gòu)的平行排列的纖維素I相變?yōu)橐苑捶较蚺帕胁⑼ㄟ^氫鍵相連的纖維素II的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。隨后，通過在即將融化的水溶液中加入檸檬酸，向纖維素中導(dǎo)入羧基，使之與羥基之間形成氫鍵，即可產(chǎn)生網(wǎng)狀的晶體結(jié)構(gòu)。這樣一來，就形成了堅固的凝膠。

纖維素多孔凝膠材料，具有95％以上的空隙的高度多孔性，水和物質(zhì)等可以從其孔隙中進出。

原文：《科學(xué)新聞》