南京林业大学陈楚楚教授课题组 CEJ:基于碱处理诱导细胞壁溶胀构筑高性能木材膜

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实现高强度、高韧性与高透明性的协同提升

传统木基膜材料往往面临“强度高但韧性不足”的问题，本研究通过冷碱溶胀与木材细胞壁微纤维结构重组策略，制备获得的木材膜（WF-C24）展现出优异的综合力学性能：拉伸强度约530 MPa，韧性达26.9 MJ·m⁻³，断裂伸长率约7.5%。该材料在弯折、扭曲、卷曲甚至打结等复杂变形条件下仍能保持结构完整，并表现出极高的耐折性能，可承受约7600次反复折叠而不发生损坏。

优异湿态稳定性与隔热性能

纤维素材料在水环境中通常易因吸水而发生强度下降。为评估材料的耐水性能，研究团队对不同样品进行了湿态力学性能测试。结果表明，WF-C24在水环境下仍可保持约55 MPa的湿强度，显著优于普通纸材料及部分已报道的纤维素薄膜。此外，通过热稳定性和热导率测试发现，其热导率仅为0.079 W·m⁻¹·K⁻¹，明显低于普通玻璃材料。基于这一特性，研究团队进一步构建了模拟汽车天窗模型，实验结果表明该木材膜能够有效降低车内温度，表现出良好的隔热效果。

可规模化制备与大尺寸构筑

冷碱处理诱导的细胞壁润胀以及部分纤维素溶解与再生过程，不仅显著提升了WF的光学、力学、耐水和耐热性，还通过在断裂界面形成新的氢键作用，实现了裂纹界面的自粘合。经自粘合后的WF仍保持优异的力学性能，其纵向拉伸强度可达228 MPa。同时，这种“自粘合”策略为无需化学胶黏剂的大尺寸木材膜制备提供了新的可能，使剩余或废弃木材能够转化为高性能结构材料，具有良好的规模化应用潜力。

柔性基底应用与可持续材料特性

此外，研究团队还探索了该木材膜在柔性电子与智能包装领域的应用潜力。通过喷墨打印技术在木材膜表面打印二维码标识，其信息能够被手机顺利识别。进一步研究发现，在表面涂覆导电材料后，该木材膜在弯曲或折叠状态下仍能稳定点亮LED灯，展现出优异的柔性和结构稳定性。除功能应用外，该材料还表现出优异的循环利用能力，即可将废弃木材膜重新转化为纤维素微纤维悬浮液，并通过抽滤和热压重新制备为全纤维素纸材料。作为一种完全由纤维素构成的生物基材料，该木材膜同时具有良好的生物降解特性，在自然环境中约3个月即可基本完全降解，体现出显著的环境友好优势。

该工作以题为“Facile green strategy for high-strength, wet-resistant, and transparent wood film via alkali cell wall swelling”的论文发表在期刊《Chemical Engineering Journal》。论文通讯作者为南京林业大学材料科学与工程学院陈楚楚教授，第一作者为2023级研究生周静，该研究受到国家自然科学基金等项目的资助。

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894726020632