Research progress on preparation and functional application of densified wood filmsMms知覽論文網 Mms知覽論文網
ZHOU Jing WANG LuzhenMms知覽論文網 Mms知覽論文網
XU ZhaoyangMms知覽論文網 Mms知覽論文網
LI Dagang CHEN ChuchuMms知覽論文網 Mms知覽論文網
College of Materials Science and Engineering, Nanjing Forestry University
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Abstract：In this paper, the methods of wood cellulose skeleton extraction, densification technology and the research progress of functional application of wood film were systematically reviewed. The result provided theoretical basis and technical guidance for developing high-performance densified wood film and expanding its functional application fields. The characteristics of wood grading structure were summarized. The advantages and disadvantages of different methods to extract wood cellulose skeleton and the technological process of preparing densified wood film were compared. The application and research status of densified wood film at home and abroad were discussed. Densified wood film can keep the natural directional skeleton structure of wood in the preparation process and reduce the problems of difficult degradation and energy consumption caused by polymer impregnation. It has broad application prospects in energy-saving building windows, flexible electronics base materials, acoustic diaphragms, photoelectric devices and other fields. Based on the unique hierarchical structure, low density, high strength and biodegradability of natural wood, the prepared densified wood film has a good development in its functional application field. However, according to the current research results and key problems in practical application, it is necessary to explore effective methods conducive to its large-scale production and provide research ideas for subsequent industrial development.Mms知覽論文網 Mms知覽論文網
Keyword：natural wood; wood film; cellulosic wood skeleton; densification; functional applications;Mms知覽論文網 Mms知覽論文網
隨著能源危機和環境污染問題的日益加劇，開發環境友好的生物質可再生、可降解材料備受關注[1,2]。木材作為一種資源豐富的生物質材料[2]，具備多尺度分級結構和特殊的化學組分，為拓寬木材應用領域提供了無限可能，成為替代石油基聚合物的可靠選擇之一。宏觀上看，木材具有以米為單位級的樹干，毫米級的年輪，微米級的木材細胞，到納米級的纖維素微纖絲[3]；微觀上看，木材細胞包含了初生壁、次生壁（分為次生壁外層 S1、中層 S2、內層 S3)和細胞腔，均呈現出層次分明、構造有序的多尺度分級結構[4]，其中纖維素纖絲是組成木材細胞壁的基本單元，如圖1所示[5]。此外，木材中還具有精妙的細胞孔隙結構，細胞壁之間存在著構造和排列方式各異的紋孔結構。就孔隙尺寸來說，闊葉材導管孔徑大，木纖維孔徑小，尺寸差異大，針葉材內部孔徑尺寸分布均勻，排列規則，為開發木材的功能化應用創造了良好的基礎[6]。Mms知覽論文網 Mms知覽論文網
為了充分發揮木材的結構與性能優勢，科研學者們通過完全或部分去除基質組分（木質素、半纖維素），保留其木材纖維素骨架，再依據目標應用選擇性地進行物理或化學改性，從而拓展其功能化應用的可能性。例如，1992年德國研究人員Fink[7]為了減少光束在組織內的擴散，將天然木材進行脫木質素處理后，填充與纖維素折射率相近的介質，使木材發生透明化，促進了透明木材的應用研究與發展。為了提高透明木材的高附加值利用，研究者將聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、環氧樹脂和聚乙烯醇（PVA）等樹脂或多功能納米粒子引入木材纖維素骨架，但這些聚合物大多存在著易燃、難降解的問題，對環境具有潛在的危害。近年來，在不引入塑料組分的條件下，基于致密化策略發展木材膜的研究得到了眾多學者的青睞。以天然木材為原料，通過化學處理脫除基質后，再利用熱壓干燥或自然干燥等方法促使木材細胞腔塌陷，誘導纖維素納米纖維之間形成強氫鍵，可制備獲得具有一定透光性的木材膜。該方法不僅可避免聚合物的填充，賦予木材膜光學透明性，還增強了其力學強度[8]，為木材膜的高值化利用提供了新思路。Mms知覽論文網 Mms知覽論文網
目前關于木材膜的研究大多集中在脫木質素處理后的致密化及其功能化改性。首先，為了避免可見光吸收、反射、散射和折射等影響，對木材進行脫基質處理，除去木質素等發色基團，提取木材纖維素骨架[9]。隨后，利用壓縮、干燥等致密化工藝消除木材內部孔隙，制備具有密實化層狀結構的木材膜；進一步功能化處理后，可用于節能建筑、光電器件、磁性材料、智能包裝等領域。本文從木材纖維素骨架的提取、致密化木材膜制備及其功能化應用等方面進行了詳細綜述。Mms知覽論文網 Mms知覽論文網
1 木材纖維素骨架的提取Mms知覽論文網 Mms知覽論文網
木材的主要組成成分包括纖維素、半纖維素和木質素。纖維素作為剛性骨架賦予木材抗拉強度，半纖維素以無定形狀態滲透在骨架物質之中，與纖維素微晶緊密交聯形成微纖維網絡，木質素滲透在細胞壁的骨架物質中，促使細胞壁之間的粘結[10]。通過化學處理脫除或部分脫除木材細胞壁中的木質素、半纖維素等基質組分，提取具有微纖絲定向排列結構的木材纖維素骨架。如圖2所示[11]，脫木質素后，木材的蜂窩狀多孔結構得到很好地保存，內部纖維也排列整齊（圖2b）。纖維素微纖絲束沿著樹木生長方向（縱向）高度排列，呈現出各向異性的垂直排列通道，并且脫木質素處理后，纖維素微纖絲之間出現了納米孔隙，機械壓制后，管腔完全閉合（圖2c）。宏觀形態上如圖2d-e所示，木質素的去除導致天然木材發生色彩變化（由黃色轉變為白色），圖2f為消除內部孔隙后的致密化木材膜。根據所用溶劑的不同，一般分為酸法、堿法和木質素改性等。Mms知覽論文網 Mms知覽論文網
1.1 次氯酸鈉法Mms知覽論文網 Mms知覽論文網
次氯酸鈉（NaClO）法主要是通過次氯酸發生的氧化反應和氯化反應脫除木質素，NaClO與木質素苯環的苯醌結構和側鏈的共軛雙鍵反應，破壞芳香環，生成小分子羧酸和CO2[12]。Mms知覽論文網 Mms知覽論文網
Fink等[7]為了去除木質素、單寧等顯色組分，將椴木片和松木片等樣品放置在濃度為5wt%的NaClO溶液中浸泡1-2天，用去離子水清洗干凈后獲得了木材纖維素骨架。同樣地，Jia等[13]將尺寸為44.5 mm × 44.5 mm × 0.8 mm的巴沙木片浸漬在濃度為5wt%的NaClO溶液中，室溫下反應，保持木片與NaClO溶液質量比為1:60，隨后用50wt%的乙醇溶液進行漂洗得到木材纖維素骨架。Mi等[14]通過旋轉切割法獲得大尺寸為100 mm × 50 mm × 0.8 mm的巴沙木片，并將其置于5wt%的NaClO溶液中，在室溫下反應直至完全漂白，去除了木質素和部分半纖維素，得到更高孔隙率及高度定向的微纖絲結構，便于后續對纖維素骨架進行致密化及功能化改性處理以調節木材膜的力學強度、光熱性能、傳質性能等[15]。Liu等[16]將NaClO稀釋至濃度為5wt%，在室溫下將巴沙木片（35 mm × 35 mm × 1 mm）浸泡在NaClO溶液中12小時，用去離子水和乙醇洗凈后，得到脫木質素骨架。Zhu等[11]首次報道了一種直接從木材制備各向異性透明膜的方法，室溫下通過NaClO溶液對巴沙木片和松木片進行脫木質素處理3-5小時，保留具有良好排列通道的宏觀結構，制備過程中，保持木片與NaClO溶液質量比為1:40。Mms知覽論文網 Mms知覽論文網
次氯酸鈉具有較強的氧化能力，可以脫除木材中大量基質組分。但在脫木質素過程中，會產生一定的有害氣體，這對探索開發更加綠色環保的工藝方法提出了要求。Mms知覽論文網 Mms知覽論文網
1.2 亞氯酸鈉法Mms知覽論文網 Mms知覽論文網
亞氯酸鈉（NaClO2）法是將醋酸與NaClO2溶液混合，在酸性條件下對木材進行脫木質素處理。NaClO2在酸性環境中會生成不穩定的亞氯酸，繼而分解成二氧化氯、氯氣和水，經高溫水煮，與木質素反應最終生成鄰醌、小分子羧酸和相應的醇，從而使得木質素大分子從細胞壁上裂解溶出。同時，二氧化氯具有很強的氧化能力，對木質素及其他顯色物質有顯著的漂白效果[12]。Mms知覽論文網 Mms知覽論文網
Li等[17]將巴沙木片在105±3 ℃下干燥24小時，再用質量分數為1wt%的NaClO2與乙酸混合，調節pH為4.6，在80 ℃條件下脫除木質素，獲得木材纖維素骨架。Tang等[18]選用尺寸為9.0 cm × 5.5 cm × 180 µm的楊木切片，將其浸入質量分數為2wt%的NaClO2與醋酸混合液中，煮沸直至木片完全變白，即完成脫木質素。Yaddanapudi等[19]將山毛櫸木片置于120 ℃下干燥24小時后，將其置于質量分數為5wt%的NaClO2中，混合醋酸調節pH，在95 ℃下反應12小時進行脫木質素處理。隨后采用乙醇、乙醇和丙酮混合物（1:1）及丙酮進行逐級脫水處理，每個步驟重復三次[18]，為后續致密化處理等改性工藝做準備。Chen等[20]將尺寸為30 mm × 30 mm × 1 mm的巴沙木片浸入質量分數為2wt%的NaClO2溶液中，并用醋酸調節pH至4.6，在100 ℃下煮沸2小時，洗凈后獲得木材纖維素骨架。為了增強其柔韌性，在室溫下將木材纖維素骨架浸入15wt%的氫氧化鈉（NaOH）溶液中2小時。結果表明使用該濃度不僅能夠更充分地去除半纖維素，還能獲得結構更為致密的木材纖維素骨架[21,22]。Mms知覽論文網 Mms知覽論文網
與次氯酸鈉法相比，NaClO2法操作簡單方便，可以大大減少實驗時間和能耗。但制備過程中會釋放出氯氣，對人體有一定的危害，不完全符合可持續發展理念。Mms知覽論文網 Mms知覽論文網
1.3 亞硫酸鈉法Mms知覽論文網 Mms知覽論文網
亞硫酸鈉（Na2SO3）法通常選用NaOH和Na2SO3混合體系，在堿性條件下高溫水煮，對木材進行脫木質素處理。SO32-與木質素發生反應，使其磺化形成堿溶性碎片脫離細胞壁，最終從纖維素和半纖維素中釋放出來，同時，還會引起部分半纖維素發生水解反應[12,23]。但是木材經過Na2SO3處理后會形成醌式結構，導致顏色加深，因此需要用過氧化氫（H2O2）對樣品進行漂白。H2O2在堿性溶液中解離生成的過氧化氫負離子( HOO-) 能夠破壞這些發色的醌式結構甚至將其反應為小分子的酯，從而起到漂白作用。但要合理把握反應條件，pH增加時，HOO-濃度增加，反應能力變強，但pH超過10.5時，HOO-易分解成O2，反而會使反應效率下降[24]。Mms知覽論文網 Mms知覽論文網
Zhu等[25]將尺寸為50 mm × 50 mm × 3 mm的椴木片浸泡在含有2.5 mol/L NaOH和0.4 mol/L Na2SO3的沸騰溶液中反應12小時，以去除木質素，隨后用去離子水充分漂洗，再用2.5 mol/L的H2O2溶液進行漂白，得到木材纖維素骨架。圖3a為Na2SO3法制備過程，通過圖3b和3c對比發現，相較于縱向（L）切割的木材，徑向（R）切割的木材更容易脫除木質素。同時，經H2O2處理后，木片顏色明顯變淺。Song等[26]將巴沙木切片浸入NaOH和Na2SO3混合液中1小時，然后用去離子水洗滌后在空氣中干燥，即可獲得一種超柔性木材纖維素骨架。Chen等[27]利用此方法將椴木塊浸泡在質量分數為5wt%的NaOH和2.5wt%的Na2SO3溶液中脫除木質素，從而獲得木材纖維素骨架。Mms知覽論文網 Mms知覽論文網
與前兩種處理方法相比，Na2SO3法制備過程時間較長且流程復雜，木片經堿性Na2SO3溶液水煮后顏色會加深，需要使用H2O2溶液進行漂白處理，制備成本較高[9]，但是整個處理階段不會釋放有害氣體。Mms知覽論文網 Mms知覽論文網
1.4 生物酶法Mms知覽論文網 Mms知覽論文網
生物酶法主要通過酶降解木質素，從而實現脫色目的。吳燕等[28]將巴沙木片在100 ℃-110 ℃條件下干燥24小時后，與純水、生物酶及冰乙酸充分混合，添加微量H2O2調節pH，在35 ℃-50 ℃條件下反應1-2小時，再用去離子水沖洗，最后用質量分數為30%的雙氧水和25%的氨水處理脫除有色物質，得到木材纖維素骨架。該實驗過程中所用酶主要是漆酶/木聚糖酶體系。Mms知覽論文網 Mms知覽論文網
近期，Koskela等[29]介紹了一種環境友好的脫木質素木材致密化工藝，即利用裂解多糖單加氧酶（LPMO）進行修飾。首先通過NaClO2法對尺寸為50 mm × 50 mm × 1 mm的巴沙木片進行脫木質素處理，洗凈后浸漬LPMO。LPMO氧化導致木材細胞壁內纖維素微纖維束發生納米纖維化，有利于在致密化過程中增強相鄰纖維間的相互作用。Mms知覽論文網 Mms知覽論文網
相較于酸法和堿法，生物酶法具有環境友好優勢，在低溫條件下仍能表現出較高催化效率的同時不改變纖維素表面的化學性質，有利于減少高溫高壓條件所需能耗。Mms知覽論文網 Mms知覽論文網
1.5 木質素改性法Mms知覽論文網 Mms知覽論文網
脫木質素處理雖能增加纖維素納米纖維間的納米孔隙，保持其各向異性結構，但木質素的脫除削弱了木材原有的結構穩定性及力學強度，因此研究學者們提出了一種僅脫除木質素中的發色基團，而保留木質素的方法[30]。Mms知覽論文網 Mms知覽論文網
Li等[30]提出了一種木質素改性法（保留了高達80%的木質素），證明了脫木質素并非是制備功能化木材膜的必要步驟。具體步驟為：首先，將去離子水、質量分數為3wt%的硅酸鈉、3wt%的NaOH、0.1wt%的硫酸鎂、0.1wt%的二乙基三胺五乙酸（DTPA）和4.0wt%的H2O2充分混合，配置木質素改性液；隨后將木片試樣在70 ℃條件下浸入該溶液中反應直至變白，取出洗凈后利用乙醇和丙酮進行逐級置換脫水，最終得到木材纖維素骨架。為了避免脫木質素后由于細胞壁嚴重分層而導致樣品破碎，Li等[31]進一步開發了一種蒸汽改性木質素技術，適用于不同樹種、不同切割方向及不同尺寸大小的木材試樣。例如，對于厚度為5 mm、10 mm或20 mm的木塊，將其置于質量分數為30wt%的H2O2沸騰溶液之上；對于厚度為20 mm或40 mm的木塊，使用H2O2/HAc（體積比為5:4）的混合溶液代替H2O2溶液進行蒸汽處理，直至樣品完全脫色。Xia等[32]介紹了一種利用太陽能輔助化學涂刷的方法對木質素進行原位修飾改性。通過在木材表面涂刷H2O2，然后進行紫外線（UV）照射，在紫外輔助光催化氧化的過程中，裂解共軛雙鍵以去除木質素的發色團[33]，同樣也能獲得木材纖維素骨架，如圖4a所示。圖4b顯示了在不同條件下（紫外光、H2O2和H2O2-紫外光聯合處理）木材試樣顏色的變化，當H2O2結合紫外光照射氧化時，天然木材在2小時后即可從棕色變成白色。Mms知覽論文網 Mms知覽論文網
木質素改性法由于保留了大量木質素，使得木材纖維素骨架的力學性能顯著提高。H2O2作為一種理想的氧化劑僅生成副產物水，顯著減少了廢液的產生，具有環境友好性。但木質素的存在仍然會導致可見光在木材中發生散射，使其霧度增加，且對于密度較大的木材，該方法的脫色效果并不顯著。Mms知覽論文網 Mms知覽論文網
2 致密化木材膜的制備Mms知覽論文網 Mms知覽論文網
致密化木材膜的制備通常采用自上而下法[34]，首先利用脫基質處理獲得木材纖維素骨架，再通過物理或化學等方法誘導高度定向排列的纖維素纖維間形成致密的氫鍵連接，促使木材纖維素骨架發生致密化，從而獲得高強度木材膜。Mms知覽論文網 Mms知覽論文網
2.1 熱壓干燥法Mms知覽論文網 Mms知覽論文網
熱壓干燥是一種通過降低木材纖維素骨架含水率，并加強其內部纖維素納米纖維間氫鍵結合的致密化方式。熱量通過壓板傳遞到木材纖維素骨架，導致內部水汽蒸發，同時由于纖維素分子鏈表面包含豐富的羥基，在熱壓過程中可形成大量氫鍵，使得木材纖維素骨架發生致密化，可制備獲得具有一定柔韌性的高強度木材膜[35]。Mms知覽論文網 Mms知覽論文網
Gan等[34]選用厚度為300 μm的巴沙木片置于NaOH和Na2SO3溶液中煮沸1小時，脫除木材中的木質素和部分半纖維素，隨后在100 ℃，10-15 MPa的壓力條件下對所得木材纖維素骨架進行壓制24小時，將木材的蜂窩多孔結構轉化為致密的層狀結構，致使其厚度大幅減少至8.5 μm，獲得了一種拉伸強度達342 MPa的柔性超薄木材膜。根據天然木材和木材膜的斷裂面SEM圖像對比（圖5a-d），超薄木材膜中的木材細胞壁在熱壓干燥后形成層狀結構，結構緊密。同時，該方法還突破了自下而上法所帶來的尺寸局限性，可以制作一米長的薄膜試樣，有望實現大規模生產（圖5e）。隨后，Song等[36]也利用NaOH和Na2SO3對天然木材進行脫木質素和半纖維素處理，在100 ℃下進行機械熱壓，增強內部相鄰納米纖維間的氫鍵結合，致使木材膜厚度較天然木材減少約80%。同時該研究還指出，木質素的完全脫除易導致熱壓過程中木材膜結構的破壞，而部分脫除木質素可使所得木材膜達到最高密度并具有最佳抗拉強度。Shi等[37]提出將化學預處理和機械熱壓相結合，可以提高低密度木材的強度，他們將木材纖維素骨架在25 MPa、160 ℃條件下熱壓12小時，然后用錫箔覆蓋木材表面，間斷加熱并保持壓力24小時，制備獲得了拉伸強度為228.5 MPa的木材膜試樣。Mms知覽論文網 Mms知覽論文網
通過熱壓干燥法對木材纖維素骨架進行致密化處理，可以減少木材試樣在寬度方向上的收縮，提高其尺寸穩定性。然而，壓板壓力過大或溫度過高，會導致木材試樣發生劇烈收縮，以及色彩的變化，如自然顏色變暗等[35]。Mms知覽論文網 Mms知覽論文網
2.2 自然干燥法Mms知覽論文網 Mms知覽論文網
為了能夠實現木材纖維素骨架自致密化，研究學者們引入了TEMPO氧化體系，發現在不使用機械加壓或加熱等處理，木材纖維素骨架在22 ℃的室溫條件下，即可通過自然干燥形成致密化木材膜[38]。Mms知覽論文網 Mms知覽論文網
Li等[38]利用NaClO2法對巴沙木片進行脫木質素處理后，在中性條件下（pH＝6.8），利用TEMPO/NaClO/NaClO2體系對其進行氧化處理后，在22 ℃的環境下放置24小時。由于纖維素微纖維在水蒸發時受到彈性毛細管力的驅動，管腔兩側纖維素分子表面羥基相互連接，形成致密的氫鍵，導致木材纖維素骨架實現了自致密化，所得木材膜沿纖維方向拉伸強度高達449.1±21.8 MPa。Zhou等[39]也利用TEMPO氧化法在脫木質素木材中引入鋁離子，通過鋁離子與羥基間的螯合反應，形成具有穩定環狀結構的配合物，室溫下干燥后自致密化形成了一種透光率為76.1%、霧度為75.2%，拉伸強度高達354.3 MPa的阻燃透明木材膜。Mms知覽論文網 Mms知覽論文網
然而，TEMPO氧化所用試劑含有一定毒性，對環境存在一定的危害[40]?；诖?，Koskela等[29]引入了LPMO氧化酶修飾脫木質素木材，促進內部微纖維的融合，并增強相鄰纖維間的界面結合性，使得木材纖維素骨架在室溫及低壓（2.7 MPa）條件下，即可致密化形成拉伸強度達824 MPa的透明木材膜。圖6a所示為LPMO氧化所得致密化木材膜（右）與脫木質素處理的木材膜（左）對比圖，酶促氧化的木材膜厚度顯著減少了91%。而對于脫木質素木材而言，需要在100 ℃下，施加5-15 MPa的壓力才能得到類似的厚度[41]。由圖6b-c所示，LPMO氧化的致密化木材膜透光率為75%，霧度為69%。從木材膜橫截面SEM圖像（圖6d-e）看出，LPMO氧化后所得木材膜更易形成致密化層狀結構。Mms知覽論文網 Mms知覽論文網
3 木材膜的功能化應用Mms知覽論文網 Mms知覽論文網
對木材纖維素骨架進行致密化處理所得木材膜，不僅能保留天然木材獨特的分級結構和各向異性等優勢，還能通過進一步的功能化處理，拓展這種木材膜在節能建筑窗戶、柔性電子基材、聲學隔膜、光電器件等新興領域的應用。Mms知覽論文網 Mms知覽論文網
3.1 節能建筑窗戶Mms知覽論文網 Mms知覽論文網
建筑物制冷和供暖所需能耗占全球二氧化碳排放量的10%[42]。目前建筑中大量使用的玻璃，雖然透光性高，但制造工藝復雜且散熱性高[27]。據統計，建筑物通過玻璃窗散失的能量約占建筑物能量消耗的30%，因此提高建筑物結構尤其是窗戶的保溫性能是減少能耗的有效途徑之一[5]。Mms知覽論文網 Mms知覽論文網
透明化木材被認為是一種理想的節能建筑材料，主要原因包括：（1）其透光率與玻璃相當；（2）導熱系數低，能有效減少能量損耗[13]；（3）具有良好的機械性能和防碎功能[43]，提高了房屋安全性；（4）原材料可生物降解且可再生。Liu等[16]開發了一種在近紅外區域具有熱切換透射率的自致密二氧化釩（VO2）熱致變色透明木膜，如圖7所示。將摻有鎢的VO2顆粒均勻分散在PVA中，再將木材纖維素骨架浸漬其中，在高溫條件下自密實化形成透明薄膜，可附著在窗戶的內表面，接觸角測得121.9°，證明了其疏水性以及自清潔和防塵功能。隨后，采用十八烷基三氯硅烷進行改性處理，并通過模型房的對比實驗驗證了二氧化釩-熱變色透明木膜（VO2-TTWF）的節能效果，測得其在垂直于木纖維的方向上具有0.29 W·m-1·K-1的低導熱率，證明其具有良好的隔熱性能，有望成為智能窗戶的節能材料。Mms知覽論文網 Mms知覽論文網
Wang等[44]通過機械加壓的方法將木材細胞壁致密化獲得均勻的木模板，為了能夠提升致密化木材膜的節能效果和透光率，將其與UV樹脂組合改性。所得樣品對紫外線具有良好的阻隔作用以及優異的熱穩定性，因此在智能建筑中，可用于調節光線并減少紫外線對人體皮膚的傷害。該方法制備的致密化木材膜具有高透光率（80.8%）和良好的力學性能（軸向拉伸強度：113.75MPa），遠大于原始木材（17.01 MPa）和聚合物浸漬透明木材（38.32 MPa）的拉伸強度，這表明致密化工藝提高了材料的力學性能，同時由于整體生產工藝簡單，增加了規?；a的可能性。Mms知覽論文網 Mms知覽論文網
3.2 柔性電子基材Mms知覽論文網 Mms知覽論文網
科技的發展促使人們對質輕、便攜電子產品的需求越來越高，然而這些電子器件的基材通常是由不可生物降解和不可再生的玻璃或塑料制成，易產生大量電子垃圾[45]。以致密化木材膜作為基材，涂覆導電材料或對其進行碳化處理，所獲得的柔性材料具備較高的力學強度及靈敏度，可作為基材應用于柔性電子器件等領域。Mms知覽論文網 Mms知覽論文網
Farid等[46]通過脫木質素結合真空致密化策略制備獲得了一種超柔木材膜。隨后在這種木材膜內引入碳納米管（CNT），通過超聲波加速化學反應的方法促進CNT和纖維間建立化學交聯，從而構建連續的電子傳輸路徑，有助于電子快速傳輸和良好的電化學儲能。結果表明，這種柔性導電木材膜在10000次恒電流充電/放電循環后，仍能保持超過93%的電容率，在生物醫學、傳感器、儲能材料等領域具有廣闊的應用前景。Mms知覽論文網 Mms知覽論文網
Fu等[47]介紹了一種環境友好性的柔性電子基材制備方法。在室溫下以0.5-5 kg的負荷對木材纖維素骨架進行壓制，并干燥24-48小時，獲得致密化柔性透明木材膜（TWF）。如圖8a所示，由于兼具光學透明性及柔韌性，TWF可作為基底材料用于柔性電子器件。同時，該研究還充分利用了實驗副產品，將木質素經靜電紡絲后碳化為導電碳纖維，再利用淀粉樣蛋白原纖維的強粘附性，配制了一種全生物基和可再生的淀粉樣蛋白/木質素衍生碳纖維（LCF）導電油墨，并將其印刷在TWF基板上，以制作電子電路。TWF結合LCF油墨制備的全生物基柔性電子電路具有穩定性能，無論如何彎曲或折疊，都具有良好的導電性，可以實現長距離的電子傳輸，有望應用于電子器件基底、柔性電路和應變傳感器等。Mms知覽論文網 Mms知覽論文網
柔性電致發光（ACEL）器件在信號表達、環境照明、柔性顯示器等領域得到了廣泛的應用。Zhu等[48]利用各向異性木材，通過致密化策略制備獲得了一種各向同性透明木材膜。具體地，對木材進行切片處理（沿垂直樹木生長方向），通過脫木質素和熱壓工藝制備獲得橫紋致密化木材膜，如圖9所示。這種各向同性木材膜具有高達150 MPa的拉伸強度，并且顯示出高透光率（90%）及高霧度（80%），可作為光電設備的基底材料。Mms知覽論文網 Mms知覽論文網
Song等[26]通過NaOH和Na2SO4部分脫木質素并在室溫下干燥，促使細胞腔起皺而自致密化的方法設計出了可穿戴和透氣的3D超柔性木質纖維膜（圖10a-b）。該方法制備的樣品與未處理的木質纖維膜相比，機械拉伸強度提升了約7倍，同時柔韌性大大增強，如圖10c所示，可經受彎曲、折疊和扭動等測試，還能實現在柔性電子器件、儲能器件以及傳感器方面的應用。Mms知覽論文網 Mms知覽論文網
3.3 聲學隔膜Mms知覽論文網 Mms知覽論文網
電子設備的興起推動了耳機和揚聲器市場的擴大，聲學隔膜作為耳機和揚聲器音質的關鍵器件，其密度和彈性模量決定了聲學特性[49]。在過去的幾十年中，人們致力于開發基于塑料、金屬、陶瓷和碳基材料的聲學隔膜材料[35]，但塑料不易降解，其他材料制作成本較高，工藝復雜、能耗大，不利于工業化生產。近年來木材的低密度、輕質、高孔隙率以及優異的振動特性促使其在聲學隔膜領域的應用備受關注[50]。Mms知覽論文網 Mms知覽論文網
Gan等[34]將木材纖維素骨架進行壓縮致密化處理獲得了一種超薄木材膜（厚度從300 μm減少至8.5 μm）。這種超薄木材膜顯示出優異的力學性能，其斷裂強度和楊氏模量（E）分別高達342 MPa和43.65 GPa。該團隊利用此研究成果組裝了一個微型揚聲器，如圖11a所示，其原型是由聲學隔膜（內徑36 mm）和電路板制成的微型揚聲器組成（圖11b），通過隔膜引起的空氣壓力變化，電信號將被轉換成可聽見的聲音。由圖11c-d所示，麥克風從聲學隔膜記錄的聲波顯示出與原始聲波相似的波形，證明了致密化超薄木材膜在聲學應用中的潛力。Mms知覽論文網 Mms知覽論文網
雖采用上述研究方法可制備超薄木材膜，但致密化過程中產生的內應力，易使得聲學隔膜發生翹曲變形。此外，木材的吸濕性也增加了其實際應用的難度[51]。因此，為了增加音質輸出的效果，Yang等[52]受碳納米管致密化原理啟發，通過氯化鉻/有機酸深共晶溶劑（DESs）部分去除木質素和半纖維素后，在木細胞壁上使用脲/磺胺（U-Sula）DES進行原位自密實改性，以構建超薄聲學隔膜，如圖12所示。該方法制得的聲學隔膜厚度僅為10 μm，共振頻率高達1240 Hz，比市場上的鈦隔膜高4.5倍，同時聲學隔膜的拉伸強度和楊氏模量分別提高到約195 MPa和27.1 GPa。Mms知覽論文網 Mms知覽論文網
3.4 光電材料Mms知覽論文網 Mms知覽論文網
室內照明材料往往都是由玻璃、硅、塑料等制成的復合材料，缺乏環境友好性。為了滿足可持續發展要求，木材被用來作為光學照明或光熱響應材料基底，在室內設計、光子學和激光設備領域具有廣闊的應用前景。Mms知覽論文網 Mms知覽論文網
Fu等[53]通過自上而下法制備了具有高力學性能的多功能柔性致密化薄膜。在木材纖維素骨架中嵌入CdSe/ZnS量子點（QD），形成高度對齊的纖維素模板（圖13a），接著將這些嵌入了QD的樣品在室溫條件下進行壓制、干燥形成厚度僅為75μm的致密化木材膜。最后通過化學氣相沉積（CVD），將疏水性十六烷基三甲氧基硅烷（HDTMS）分子涂覆于樣品表面，賦予木材膜疏水性和各向同性的照明特性。除此之外，通過引入不同的QD，還可以實現不同顏色的轉換，在照明面板、指示器、激光設備領域有極大的應用潛力，如圖13b所示。Mms知覽論文網 Mms知覽論文網
Chen等[54]在TEMPO氧化脫木質素木材上，通過原位共沉淀Fe3O4、噴涂CNT、自致密化和化學氣相沉積甲基三甲氧基硅烷（MTMS）構建了三明治狀結構，制備出了具有光刺激響應性能的超疏水自致密木材膜。該實驗結果表明，Fe3O4不僅可以促進光熱轉換，還可以通過施加一定的磁場實現磁性材料回收[55]，制備流程如圖14所示。在對巴沙木進行脫木質素處理后進行TEMPO氧化，選擇性地將C6羥基氧化為羧基，有利于Fe3+和Fe2+的吸附。該木材膜在近紅外（NIR）光照射下能夠表現出光響應特性，可作為遙控光響應開關。此外，由于致密化結構，CNT/Fe3O4/MTMS復合木材膜在潮濕環境下也具有良好的穩定性，進一步拓寬了木材在增值領域的應用。Mms知覽論文網 Mms知覽論文網
4 展望Mms知覽論文網 Mms知覽論文網
以天然木材為原料，通過脫基質處理提取木材纖維素骨架，再采用致密化策略，可獲得具有密實化層狀結構的高強度木材膜。進一步功能化處理，可拓展這種木材膜在節能建筑窗戶、柔性電子基材、聲學隔膜、光電器件等領域的高值化應用。但目前相關報道還較少，大部分尚處在實驗研究階段，距離規?；a及實際應用還有很多亟待解決的問題。因此，未來的致密化木材膜研究重點可偏向于：Mms知覽論文網 Mms知覽論文網
?。?）目前致密化木材膜的原料主要局限于巴沙木和椴木等，成本較高。同時，制備幅面可調的大尺寸木材膜仍存在較高的難度。因此未來可深入研究廢棄木材資源（如木材工業加工剩余物）的高值利用，促進工業規?；a。Mms知覽論文網 Mms知覽論文網
?。?）對于木材纖維素骨架的提取方法，所用化學藥品大多會產生一定的廢棄物，污染環境。后期研究可致力于探索更加綠色環保的方法，避免產生類似于氯氣之類的有害氣體，同時提高產率，減少工藝流程和相關成本。Mms知覽論文網 Mms知覽論文網
?。?）目前致密化木材膜的功能化改性技術尚未成熟，同時由于木材自身的缺陷，導致難以投入實際應用。例如，海水淡化需要考慮到使用環境是否會對木材膜產生腐蝕。因此后期研究可致力于依據使用條件對木材膜進行耐候性處理；或開發出具有多重功能的致密化木材膜，增加其在各領域應用的可能性，如儲能器件、太陽能電池等，使致密化木材膜的功能改性形成完整的體系，逐步規范改性方法，揭示改性機理。Mms知覽論文網 Mms知覽論文網
5 結語Mms知覽論文網 Mms知覽論文網
致密化木材膜作為一種新型生物質材料，具備優異的力學性能、低密度、低導熱系數、可再生可降解等特點，擁有良好的應用前景。本文主要總結了木材纖維素骨架的提取方法、致密化木材膜的制備工藝以及致密化木材膜的功能化應用，闡述了其在節能建筑窗戶、柔性電子基料、聲學隔膜、光電器件等領域的應用。在后期研究過程中，可深入探究木材多尺度微納結構與其宏觀物理性能間的構效關系，設計構筑具有多性能集成的功能性致密化木材膜；同時為進一步推動工業化生產提供條件，為拓展木材資源的高值化應用提供理論依據和技術支持。Mms知覽論文網 Mms知覽論文網
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