中国科学技术大学俞书宏院士、管庆方团队通过引入最有效的仿生模型之一的“砖和泥”结构来改善材料的综合性能。提出了PLA辅助的剥离和分散方法，以天然矿物云母为原料制备PLA包覆的云母纳米片(纳米云母/PLA)。通过引入剪切力组件，可以制造出一种具有“砖和泥”结构的珍珠质纳米复合薄膜。

这项研究近期发表在著名期刊Advanced Functional Materials。

 

作者报道了一种可生物降解的珍珠质纳米复合薄膜，通过自组装来自天然矿物云母的PLA涂层纳米云母，具有优异的阻隔性能、优异的机械性能和紫外线屏蔽性能。

 

 

本研究的珍珠质纳米复合薄膜有望成为未来优秀的食品包装材料，这将延长食品的保质期。

 

 

珍珠质纳米复合薄膜的设计与制备

 

 

一般来说，“砖”的选择在珍珠质“砖和泥”结构材料的制造中起着关键作用。天然云母被选为“砖”的原料，主要是因为它具有丰富的储量和优异的紫外线防护性能。作者发现纳米云母片可以在PLA溶液中形成均匀的分散体。PLA分子的修饰极大地促进了PLA和纳米云母片之间的结合能力，这使得随后的自组装过程成为可能。

 

PLA辅助纳米云母片的剥离

 

 

天然从云母剥离为纳米云母片，通过PLA溶液中的高速剪切和超声处理，云母粉末分解成纳米级片材。纳米云母表面上的分子极大地促进了其在有机溶剂中的稳定性和分散性，这使得纳米云母片均匀分布在PLA基体中。

 

力学性能

 

 

受益于珍珠质结构设计，与纯PLA相比，纳米云母/PLA纳米复合膜的机械性能大大提高。这种纳米复合薄膜的高强度和高模量源于具有高刚度的纳米云母砖以及纳米云母片和PLA分子之间的强相互作用。

 

阻挡和紫外线屏蔽性能

 

 

除了机械性能外，阻气也是包装材料的重要性能。与其他塑料薄膜相比，PLA的高结晶度使其具有相对高的阻氧性能。

 

珍珠质薄膜（添加量：40 %）的水蒸气阻隔性比纯PLA薄膜好约4倍。与市售的乙酸乙烯酯共聚物（EVA）包装膜相比，改进近3倍。

 

PLA添加有序的纳米云母片显着提高了珍珠质薄膜的油脂阻隔性能。与纯PLA薄膜相比，珍珠质薄膜的油脂阻挡提高了6倍。

 

珍珠质薄膜具有出色的润滑脂阻隔性能，为化妆品，药品和富含挥发油的食品的包装材料提供了全新的选择。

 

珍珠质纳米复合薄膜还具有出色的紫外线屏蔽性能。纳米云母/PLA生物激发复合膜在UV波段（280nm）具有低透射率，在可见光带（555nm）具有高透射率，表明该膜具有优异的UV屏蔽性能和可见光透射率。

 

紫外线屏蔽能力使珍珠质激发的纳米复合薄膜可用作紫外线敏感食品、医药和电子产品的包装材料，以避免紫外线损伤。

 

这种珍珠质纳米复合膜显示出优异的机械性能、紫外线屏蔽和阻气性能。珍珠质纳米复合薄膜的整体性能优于商业塑料薄膜，这将有可能打开PLA在包装领域实际应用的道路。