第一作者：贾超、陈朝吉、况羽迪

通讯作者：胡良兵

通讯单位：马里兰大学（美国）

研究亮点：

通过简单的纳米纤维自组装工艺制备得到木质纤维，为纺织品的高污染高能耗问题带来新的希望，并为柔性可穿戴器件提供新的思路。

纺织品已经被广泛应用于各种各样的领域，包括光伏、储能、热管理和可穿戴电子设备。以棉、麻或合成纤维等为原料，通过添加一些新兴的材料，如氮化硼、石墨烯或碳纳米管等制得的智能纺织品表现出很多先进的功能性而受到越来越多的关注。合成纤维一般是由不可再生的石化资源制备而得，其制备涉及很多化学工艺过程，如分解、合成、提取、溶解等，造成了严重的环境污染。相比之下，由于生物材料具有可持续性和芯吸行为等优点，因而在纺织品制备方面越来越有吸引力。

在各种生物材料中，棉是我们日常生活和科学研究中最常用的一种。然而，由原棉制备织物纤维的过程繁琐，耗费劳力，并且原材料成本高，化学品消耗量大。

有鉴于此，美国马里兰大学胡良兵教授课题组发明了一种通过化学脱木素和加捻工艺从天然木材直接制备宏观木纤维的策略。

图1 通过纳米纤维自组装制备木织物纤维

该方法具有以下优点：

1）不需要复杂的纤维素纳米纤维提取工艺；

2）无需特殊设备即可容易地获得取向的纤维素纳米纤维；

3）通过在脱木素的木材中填充功能材料能够得到功能化的木织物纤维；

4）更少的能源和化学品消耗。首先将天然的木材切成木片，用化学方法将木片中的木质素去除，得到白色的脱木素的木片。

图2 脱木素木材的制备和表征

图3 木织物纤维的制备工艺和微观结构表征

研究人员得到的木织物纤维保留了天然木材中取向的纤维素纳米纤维，而木材中的微通道在加捻过程中被完全去除，从而得到了致密的结构。与天然木材相比，木织物纤维的机械强度大约提高了一倍，而韧性提高了20倍。

图4 木织物纤维的柔韧性和机械性能表征

天然木材本质上是脆性的，而制备的木织物纤维具有高度的柔性和可弯曲性。木织物纤维具有优异的编织性能和染色性，表明它们在可穿戴和智能纺织品中具有很好的应用前景。

图5 染色和功能化木织物纤维的制备

此外，通过预先在脱木素的木材中填充功能材料，然后再加捻，能够得到功能化的木织物纤维。他们在加捻之前在脱木素的木材中添加碳纳米管，从而制备了导电的木织物纤维。

总之，这种通过取向纳米纤维自组装成宏观木纤维的方法具有简单，低廉的特点，并为智能纺织品和可穿戴电子产品的开发提供了有前景的方向。

参考文献：

Jia, C.; Chen, C.; Kuang, Y.; Fu, K.; Wang, Y.; Yao, Y.; Kronthal, S.; Hitz, E.; Song, J.; Xu, F.; Liu, B.; Hu, L. From Wood to Textiles: Top-Down Assembly of Aligned Cellulose Nanofibers. Adv. Mater., 2018, 1801347. DOI: 10.1002/adma.201801347.