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南林韓景泉教授/符啟良教授/加拿大UBC姜鋒教授合作 Prog. Mater. Sci.綜述：基于自上而下法的透明木質功能材料

2022-11-18 來源：高分子科技

隨著化石燃料的焚燒和森林的砍伐，大氣中二氧化碳等溫室氣體濃度不斷增加，導致全球氣候變暖。溫室效應將導致冰川融化、海平面上升和大氣霧霾等一系列嚴重的環境問題，進而破壞自然生態系統平衡，影響甚至威脅人類健康與生存環境。為緩解日益嚴峻的碳排放和能源消耗大的問題，進一步擴大木材適用范圍、提高木材使用率是有效途徑之一。植物光合作用是天然固碳行為，可將二氧化碳轉化成木材細胞壁組分并將其固定在木材中。如果對可再生木材資源進行多元化高效利用且延長其相關產品的使用壽命，則能夠有效降低碳排放和減少對傳統不可再生能源和資源的依賴。因此，如何對木材進行高品質、高效率和高值化利用是該領域關鍵的科學問題。

木材是一種具有天然蜂窩狀孔隙且多層級組裝的多孔材料，大量研究致力于實體木材及其主要成分功能產品的開發和應用研究，已取得階段性的成果與進展。按材料成型的方法分類，主要通過自下而上（Bottom-up）或自上而下（Top-down）的策略來構建功能材料。自下而上策略主要是將纖維素、半纖維素和木質素等木材細胞壁天然高分子，通過自組裝、定向排列或聚集成型等方式構筑多功能塊體材料，在污水處理、光電子器件、太陽能利用、儲能和人造皮膚等領域有廣泛的應用前景。與自下而上材料成型策略相對應，自上而下法則是通過木材納米科學與技術構建具有更豐富的微納孔隙的多孔木材，為高效、精準構筑可持續性多功能木質材料提供更廣闊的思路。與自下而上法相比，自上而下的木材加工策略具有工序少、化學品和加工能源消耗較低、易于批量和大尺寸生產等優勢。因此，近年來基于自上而下法木質材料利用策略的相關科學研究得到了飛速發展。

透明木質功能材料研究概覽

自上而下法是一種將材料設計理念和功能化路線相結合的有效策略，尤其在開發多功能透明木質材料（例如；透明木材和透明木膜）等領域備受親睞。基于此，文章回顧了通過自上而下法制備透明木質功能材料過去30年的發展歷程，包括透明木質材料的初始制備方法學、透明木材原創思路的起源、以及透明木質功能材料的最新研究進展。將透明木材和透明木膜的研究進行了專題報道，總結了木材納米科學和技術對木材細胞壁的微納結構的精準調控，討論了透明木質材料的工藝、結構、性能、應用及其內在關系，并對其研究領域所涉及的木材科學、材料化學和物理學進行了系統分析和有機融合。為應對氣候變化和能源問題、服務工業化生產等方面提出了觀點和展望，同時分析了透明木質材料在一些新興工程應用中替代傳統玻璃和石油基塑料的潛力，如節能建筑、智能窗、光學電子和能量轉換設備等。最后，總結并提出了透明木質材料的未來發展前景和目前所面臨的機遇與挑戰。

透明木質材料的工藝、結構、性能和應用

該綜述以“Transparent Wood-based Functional Materials via a Top-down Approach”為題，在線發表于《Progress in Materials Science》（IF：48.165，中科院材料科學大類排名：TOP 1）。南京林業大學是第一完成單位，韓景泉教授課題組朱賽玲博士為第一作者，韓景泉教授、符啟良教授和加拿大不列顛哥倫比亞大學姜鋒教授為共同通訊作者。該成果得到了國家自然科學基金、江蘇省“青藍工程”和“333工程”、新西蘭商業、創新和就業部（MBIE）與新西蘭國家戰略投資發展基金科研項目的資助。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2022.101025

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（責任編輯：xu）

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