材料百态

当智能手环因电池鼓包报废、折叠屏手机因电路断裂失灵，柔性电子设备的“心脏”——储能元件正面临终极考验。我国大连工业大学团队近日在《化学科学与工程前沿》发表突破性研究，将造纸废料木质素转化为可拉伸导电水凝胶，打造出全球首款弯折万次不衰减的超级电容器。这项技术让柔性电子器件真正拥有了“橡皮筋般”的耐用性——即便对折90度一万次，容量仍保持94%，为可穿戴设备注入“超长待机”基因。

造纸黑液的逆袭：从污染源到能源宝藏

每年全球造纸业产生的7000万吨木质素中，超过九成被焚烧或填埋，既污染环境又浪费资源。这种褐色粉末虽富含碳网结构，却因不溶于水、缺乏活性，长期沦为“工业边角料”。研究团队通过“天门冬氨酸接枝”技术，在木质素分子上安装亲水基团，使其像泡发的海绵般吸水膨胀。随后与海藻酸钠进行双重交联，形成“钢筋+混凝土”式的立体网格结构。最终诞生的水凝胶可拉伸至原始长度的30倍（3008%应变），同时具备11.7 mS/cm的离子电导率，相当于在凝胶中开辟出四通八达的“电流高速公路”。

“传统水凝胶一拉就断，就像脆弱的果冻。”论文通讯作者高策解释道，“而我们的材料即使拉伸到3米长，也能像橡皮筋一样回弹如初。”对比实验显示，改性水凝胶的拉伸强度达到0.03 MPa，是普通材料的2.3倍，在300℃高温下仍能保持80%的重量，热稳定性提升20%。

给电子器件穿上“液态护甲”

将这种水凝胶夹在活性碳布电极之间，团队组装出厚度不足1毫米的柔性超级电容器。测试数据显示：其单位质量电容达39.46 F/g，最高能量密度5.48 Wh/kg，1万次充放电后容量不降反增15%。更令人惊叹的是，在反复弯折、扭曲的暴力测试中，器件始终稳定供电——驱动LED灯持续点亮70秒，带动电子计时器运行3分钟。

“液态电解质就像装满水的塑料袋，稍受挤压就会泄漏。”论文共同作者孙润仓比喻道，“而水凝胶既具备固态的安全性，又保留液态的高效导电。”这种特性使其能紧密贴合人体曲线，甚至植入智能衣物。实验证明，即便在-20℃严寒中，电容性能仍保持96.7%，破解了柔性设备在极端环境中的“续航焦虑”。

绿色能源的“分子魔术”

这项技术的颠覆性更在于“点废成金”。每吨木质素的改性成本不足千元，而同等性能的商用高分子电解质价格高出数十倍。团队测算，若将全球废弃木质素的10%转化为水凝胶，可满足1亿台智能手表的年用电需求，减少二氧化碳排放约800万吨——相当于4万辆汽车停驶一年的环保效益。

目前，该材料已通过生物相容性检测，正与可穿戴厂商合作开发皮下贴片式健康监测器。研究人员透露，未来若结合3D打印技术实现微米级精度调控，这种“木质素心脏”或将成为人造肌肉、软体机器人的核心动力源。正如国际审稿人所言：“它让生物质资源的高值化利用从实验室走向了产业闭环。”

【我们尊重原创，也注重分享。版权原作者所有，如有侵犯您的权益请及时联系，我们将第一时间删除。分享内容不代表本网观点，仅供参考。】