东北林业大学材料科学与工程学院木材科学与工程陈文帅

xuexiang

陈文帅，男，1987年生，博士，东北林业大学教授，博士生导师。国家自然科学基金优秀青年科学基金项目获得者。2008年、2013年分别于东北林业大学木材科学与技术学科获得学士、博士学位（硕博连读）。主要从事木材物理学研究，研究工作专注于木材基纳米材料的机械法制备、自聚集组装及其衍生材料在环境、能源等相关领域的应用。


陈文帅，博士、副教授，硕士研究生导师
所在学科：生物质复合材料
研究方向：纳米纤维素、生物质纳米复合材料
主讲课程：高分子科学、生物质纳米复合材料、生物基纳米材料制备技术
主持参与课题、出版教材、发表论文及检索情况：主持国家自然科学基金项目1项、中央高校基本科研业务费专项资金项目2项、黑龙江省博士后资助项目1项。开展了生物质资源分离制备纳米纤维素的研究工作，创新了化学结合超声的方法，制备出具有高长径比和高性能的纳米纤维素，解析了相关科学机制，发展了它的超长纳米纤维和网状气凝胶材料的制备方法。申请发明专利7项，已获授权3项；在科学出版社出版专著1部；发表论文17篇，被SCI收录13篇。
成果及奖励：获中国梁希青年论文二等奖、黑龙江省自然科学技术学术成果奖二等奖。
学术兼职：东北林业大学生物质复合材料学科秘书、《林业科学》英文审校编辑。

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植物是生命的主要形态之一。经过在地球上漫长的演化，木材等植物材料已成为自然界中储量最为丰富的天然有机高分子材料。相比于合成高分子材料，植物材料具有原料可再生、蓄积量丰富、成本相对低廉等显著优势。植物材料具有多层级结构，在微观层面由一个个细胞堆砌构筑而成。植物细胞的主体物质存在于细胞壁中，以木材为例，其细胞壁又分为初生壁、次生壁以及胞间层。木材细胞壁主要以纤维素纳米纤丝（微纤丝、基元纤丝）—基体（半纤维素、木质素等）复合结构形式存在，这种结构对树木的性能和功能起到了至关重要的作用。采用化学纯化处理结合机械解纤策略，可以将细胞壁内部起支撑作用的纳米纤维素解离出来。高长径比的纳米纤维素具有一维纳米纤维结构、高结晶度以及优异的力学性能和热性能，在许多领域均展现出巨大的应用潜力。

东北林业大学陈文帅教授在专论中首先介绍了植物的多层级结构、细胞特征、细胞壁的生物合成以及细胞壁的纳米结构，随后系统地总结了植物纳米纤维素在利用化学纯化处理结合机械解纤法制备方面的研究进展。应用化学纯化处理可以破除植物细胞壁内的“抗解聚”屏障，将木质素以及绝大部分半纤维素去除。采用不同的机械解纤策略（高强度超声解纤、高速搅拌解纤、高压匀质解纤）处理植物纤维素浆，可以制得具有不同解纤程度和结构特征的纳米纤维素。最后，对当前植物细胞壁纳米结构和纳米纤维素机械解纤法制备研究存在的问题，以及今后重点研究方向进行了总结和展望。
上述工作以特约专论的形式发表于《高分子学报》2020年第6期(高分子学报, 2020, 51(6), 586-597, doi: 10.11777/j.issn1000-3304.2020.20037)，通讯作者是陈文帅教授。

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近年来，人们期望开发出绿色环保、可持续的新型聚合物材料，为优化纳米发电机的结构和性能提供新思路。从自然界的生物中开发出来的聚合物纳米纤维，由于其独特的纳米结构、性能、可再生性和丰富性，已经逐渐成为能源领域中的一类新兴构筑单元材料。近日，东北林业大学陈文帅教授和中国科学院北京纳米能源与系统研究所杨亚教授等总结了生物聚合物衍生纳米纤维基纳米发电机的研究进展，撰写了题为“Biopolymer Nanofibers for Nanogenerator Development”的综述型文章，发表在Research上（DOI: 10.34133/2021/1843061）。

        首先，文章介绍了从不同生物原料制造聚合物纳米纤维的有效策略，以及各种生物聚合物纳米纤维的结构和特性。多糖和蛋白质纳米纤维是地球上最主要的两种生物聚合物纳米纤维，具体包括纤维素纳米纤维、甲壳素纳米纤维、丝纳米纤维、胶原纳米纤维和明胶纳米纤维。生物聚合物纳米纤维的制备方法主要包括：生物材料纳米解纤、从小分子中生物合成和静电纺丝。随后，文章重点介绍了使用不同生物聚合物纳米纤维作为基本构筑单元开发纳米发电机的研究进展。生物聚合物纳米纤维可以通过直接利用/化学改性/复合活性单元等方法来制备薄膜、纳米纸、气凝胶、泡沫等，用于纳米发电机开发；通过设计使块体材料具有优化的孔尺寸、孔结构、粗糙度、纳米纤维有序排列或堆叠、复杂结构等，以进一步优化并提升纳米发电机的性能和功能。近年来，生物聚合物纳米纤维除了被用于研发摩擦纳米发电机和压电纳米发电机外，也被逐步应用在利用湿气或渗透能发电的发电机领域。
        生物聚合物纳米纤维的开发和利用在纳米发电机领域具有很大的潜力，但进一步优化纳米发电机的性能和功能仍面临着许多挑战。如何利用更有效的方法开发不同种类的生物聚合物纳米纤维，如何对生物聚合物纳米纤维进行化学改性引入更多类型的活性基团，如何制造更多类型生物聚合物纳米纤维衍生块体材料用于各种类型的纳米发电机开发等，仍有待于后续深入研究。