酚醛樹脂是人類歷史上第一種人工合成塑料，自誕生以來已經(jīng)歷了一個世紀(jì)。自上個世紀(jì)以來，盡管高性能工程塑料的持續(xù)涌現(xiàn)加速了酚醛樹脂的替代，但因其具有機(jī)械性能、電絕緣性、防火性和化學(xué)穩(wěn)定性等方面的優(yōu)勢而在民用制品、建筑材料、裝飾和軍工領(lǐng)域中仍然占有一席之地。
近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)俞書宏院士團(tuán)隊在《材料研究述評》上發(fā)表了一篇題為“Revitalizing Traditional Phenolic Resin toward a Versatile Platform for Advanced Materials”的評述論文（Accounts of Materials Research 2024, 5(2), 146-159）。系統(tǒng)地總結(jié)了該團(tuán)隊近十五年來在酚醛基低維納米材料和宏觀新材料的設(shè)計、合成方法、結(jié)構(gòu)調(diào)控和應(yīng)用方面所開展的研究工作。同時，呼吁給予這一傳統(tǒng)材料更多關(guān)注，相信它伴隨著新技術(shù)的發(fā)展可以給我們帶來新的驚喜，也期望能夠激發(fā)更多關(guān)于酚醛化學(xué)在更廣泛的跨學(xué)科應(yīng)用方面的探索。
該評述闡述了酚醛樹脂的基本屬性及其合成機(jī)理，并展示了該材料在納米技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用。通過利用酚、醛化學(xué)特性（酚的高活性、酚羥基的強(qiáng)電子親和性或醛的還原能力），實現(xiàn)了在微觀尺度上設(shè)計和控制納米/微米結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成，從而研制了一系列結(jié)構(gòu)精美的功能納米復(fù)合材料（圖1），這些新型結(jié)構(gòu)材料展現(xiàn)出的性能遠(yuǎn)超傳統(tǒng)的酚醛塊狀產(chǎn)品，極大地提高了酚醛樹脂的性能和附加值。
評述中指出，現(xiàn)代納米技術(shù)的發(fā)展為這個有著世紀(jì)歷史的傳統(tǒng)材料提供了“老樹發(fā)新芽”的機(jī)遇，因此，如何充分理解酚醛化學(xué)在納米結(jié)構(gòu)構(gòu)筑中的作用，對于進(jìn)一步提升酚醛樹脂的附加值、開發(fā)新型的功能納米材料具有重要意義。
圖1.酚醛聚合制備低維納米復(fù)合材料、宏觀塊材等先進(jìn)材料及其應(yīng)用。
該團(tuán)隊還開展了基于酚醛樹脂復(fù)合材料的宏觀尺度材料的系統(tǒng)性研究。通過調(diào)控聚合過程及模板制備技術(shù)，成功制備了具有輕質(zhì)、多孔特性的酚醛氣凝膠及其衍生氣凝膠，優(yōu)異的熱絕緣和耐火能力使其在眾多領(lǐng)域具有應(yīng)用價值。受天然木材啟發(fā)，研究團(tuán)隊利用冷凍鑄造和熱固化技術(shù)，復(fù)制了天然木材的微觀結(jié)構(gòu)，并通過納米材料取代天然纖維素納米纖維，制成了既有力學(xué)性能、又具備高耐腐蝕性和隔熱防火功能性的復(fù)合材料（圖2），為建筑、新能源汽車和航空航天等領(lǐng)域提供了新的材料選擇。
圖2.酚醛樹脂基仿生人工木材。（a）制備過程示意圖。（b）微觀結(jié)構(gòu)。（c）輕質(zhì)高強(qiáng)力學(xué)性能。（d-e）防火隔熱性能。
該評述不僅展示了酚醛樹脂在現(xiàn)代科技發(fā)展下的巨大潛力，更為其在高性能工程塑料領(lǐng)域的應(yīng)用前景打開了新篇章。該綜述對于酚醛樹脂的未來應(yīng)用和開發(fā)提供了新的視角，展望了酚醛樹脂新材料的發(fā)展前景，包括綠色合成、大規(guī)模制造、可持續(xù)發(fā)展和新視角的復(fù)合材料，預(yù)示著其在多學(xué)科交叉應(yīng)用領(lǐng)域的廣闊前景。
該論文的第一作者為中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的特任副研究員于志龍（已入職西北工業(yè)大學(xué)），通訊作者為俞書宏院士，第一單位為中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)。該工作得到了新基石研究員項目、國家重點研發(fā)計劃項目、國家自然科學(xué)基金重點項目、安徽省協(xié)同創(chuàng)新計劃、安徽省科技重大專項等項目的資助。
附相關(guān)論文鏈接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/accountsmr.3c00194
（化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院、合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家研究中心、科研部）
