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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(zhì)功能材料
2022-11-18  來(lái)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(dǎo)致全球氣候變暖。溫室效應(yīng)將導(dǎo)致冰川融化、海平面上升和大氣霧霾等一系列嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題，進(jìn)而破壞自然生態(tài)系統(tǒng)平衡，影響甚至威脅人類健康與生存環(huán)境。為緩解日益嚴(yán)峻的碳排放和能源消耗大的問(wèn)題，進(jìn)一步擴(kuò)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(zhuǎn)化成木材細(xì)胞壁組分并將其固定在木材中。如果對(duì)可再生木材資源進(jìn)行多元化高效利用且延長(zhǎng)其相關(guān)產(chǎn)品的使用壽命，則能夠有效降低碳排放和減少對(duì)傳統(tǒng)不可再生能源和資源的依賴。因此，如何對(duì)木材進(jìn)行高品質(zhì)、高效率和高值化利用是該領(lǐng)域關(guān)鍵的科學(xué)問(wèn)題。


  木材是一種具有天然蜂窩狀孔隙且多層級(jí)組裝的多孔材料，大量研究致力于實(shí)體木材及其主要成分功能產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用研究，已取得階段性的成果與進(jìn)展。按材料成型的方法分類，主要通過(guò)自下而上（Bottom-up）或自上而下（Top-down）的策略來(lái)構(gòu)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(zhì)素等木材細(xì)胞壁天然高分子，通過(guò)自組裝、定向排列或聚集成型等方式構(gòu)筑多功能塊體材料，在污水處理、光電子器件、太陽(yáng)能利用、儲(chǔ)能和人造皮膚等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。與自下而上材料成型策略相對(duì)應(yīng)，自上而下法則是通過(guò)木材納米科學(xué)與技術(shù)構(gòu)建具有更豐富的微納孔隙的多孔木材，為高效、精準(zhǔn)構(gòu)筑可持續(xù)性多功能木質(zhì)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(xué)品和加工能源消耗較低、易于批量和大尺寸生產(chǎn)等優(yōu)勢(shì)。因此，近年來(lái)基于自上而下法木質(zhì)材料利用策略的相關(guān)科學(xué)研究得到了飛速發(fā)展。 


透明木質(zhì)功能材料研究概覽


  自上而下法是一種將材料設(shè)計(jì)理念和功能化路線相結(jié)合的有效策略，尤其在開(kāi)發(fā)多功能透明木質(zhì)材料（例如；透明木材和透明木膜）等領(lǐng)域備受親睞。基于此，文章回顧了通過(guò)自上而下法制備透明木質(zhì)功能材料過(guò)去30年的發(fā)展歷程，包括透明木質(zhì)材料的初始制備方法學(xué)、透明木材原創(chuàng)思路的起源、以及透明木質(zhì)功能材料的最新研究進(jìn)展。將透明木材和透明木膜的研究進(jìn)行了專題報(bào)道，總結(jié)了木材納米科學(xué)和技術(shù)對(duì)木材細(xì)胞壁的微納結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)調(diào)控，討論了透明木質(zhì)材料的工藝、結(jié)構(gòu)、性能、應(yīng)用及其內(nèi)在關(guān)系，并對(duì)其研究領(lǐng)域所涉及的木材科學(xué)、材料化學(xué)和物理學(xué)進(jìn)行了系統(tǒng)分析和有機(jī)融合。為應(yīng)對(duì)氣候變化和能源問(wèn)題、服務(wù)工業(yè)化生產(chǎn)等方面提出了觀點(diǎn)和展望，同時(shí)分析了透明木質(zhì)材料在一些新興工程應(yīng)用中替代傳統(tǒng)玻璃和石油基塑料的潛力，如節(jié)能建筑、智能窗、光學(xué)電子和能量轉(zhuǎn)換設(shè)備等。最后，總結(jié)并提出了透明木質(zhì)材料的未來(lái)發(fā)展前景和目前所面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。 


透明木質(zhì)材料的工藝、結(jié)構(gòu)、性能和應(yīng)用


  該綜述以“Transparent Wood-based Functional Materials via a Top-down Approach”為題，在線發(fā)表于《Progress in Materials Science》（IF：48.165，中科院材料科學(xué)大類排名：TOP 1）。南京林業(yè)大學(xué)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(xué)姜鋒教授為共同通訊作者。該成果得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、江蘇省“青藍(lán)工程”和“333工程”、新西蘭商業(yè)、創(chuàng)新和就業(yè)部（MBIE）與新西蘭國(guó)家戰(zhàn)略投資發(fā)展基金科研項(xiàng)目的資助。


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

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（責(zé)任編輯：xu）
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