本文题为《The effect of cellulose nanocrystal suspension treatment on suspension viscosity and casted film property》，由Yucheng Peng（yzp0027@auburn.edu）和Brian Via（brianvia@auburn.edu）共同完成，其所属机构为美国奥本大学（Auburn University）林业与野生科学学院（School of Forestry and Wildlife Sciences）。该研究发表在《Polymers》期刊2021年第13卷第13期上，具体发表时间为2021年6月30日（收稿日期为2021年5月18日，修订日期为2021年6月24日，接受日期为2021年6月28日）。本文属于“开放获取”和“编辑首选文章”，隶属于特刊“Development of Bio-Based Materials: Synthesis, Characterization and Applications”。
本文聚焦于可再生纳米材料——纤维素纳米晶体（Cellulose Nanocrystals, CNC）的研究。这种纳米材料近年来逐渐受到不同工业领域的广泛关注。CNC是一种来源于天然生物质的纳米级材料，具有晶体和非晶体区域交替的特殊结构，在木质纤维素中构成了其基本的细纤维单元。通过强酸水解可以从木质纤维素中制备出CNC颗粒，而这种方法大大影响了CNC表面化学性质和颗粒形貌。
纤维素纳米晶体因其特殊的流变学和自组装行为，能够根据浓度形成手性向列（chiral nematic）有序结构或随机分散的凝胶，因此成为制备功能性薄膜的一种理想材料。同时，干燥过程中CNC颗粒的自组装行为对薄膜的光学、机械和物理性能有深远影响。然而，目前关于CNC悬浮液流变性质变化与形成薄膜性能之间的直接关联仍缺乏清晰的研究。
基于此，研究旨在通过不同预处理方法对CNC悬浮液的流变性能进行调控，并探讨其对形成薄膜属性的作用机制，为CNC悬浮液的优化处理和实际应用开发提供科学依据。
CNC原液由加拿大CelluForce公司提供，浓度为6%（wt.%），存储于6°C冷冻条件下。原始悬浮液被标记为CNC_O。
研究对CNC悬浮液采用了三种不同的机械预处理方法，同时结合预处理后静置观察其粘度变化： - 磁力搅拌（Magnetic Stirring, CNC_M）：利用搅拌器以870转每分钟搅拌1小时。 - 超声波处理（Ultrasonication, CNC_U）：在超声波清洗槽中处理1小时，用松盖容器减少蒸发。 - 高剪切均质化（High Shear Homogenization, CNC_H）：以15,000转每分钟的高速均质器处理2分钟，随后通过磁力搅拌消除气泡。
另外，部分样品结合了均质和超声波处理（CNC_H+U）。
为了评估悬浮液的流变行为，研究利用Ika Rotavisc Lo-vi旋转粘度计测量流动特性，并记录粘度变化随时间的动态过程。通过控制转速和施加扭矩，计算剪切应力与剪切速率下的粘度变化。
将不同预处理后的CNC悬浮液铸入PS培养皿中，自然干燥后获得固体薄膜。研究通过紫外-可见分光光度计（UV-Vis）和傅里叶变换近红外光谱分析仪（FT-NIR）对其进行了光学性能和晶体性质的评价。
该研究突出表明，不同的CNC悬浮液预处理方法显著影响其流变性质与干燥薄膜的性能表现： 1. 科学价值：提供了CNC悬浮液的流变特性动态变化及其与薄膜性能之间关系的基础性认知，为工业应用中的CNC调控提供了科学依据。 2. 应用价值：研究对涂层、薄膜制造以及高性能纳米材料制备等下游应用具有指导意义。