在自然资源（例如木材）中存在着丰富的纤维素，以纳米级微粒和纤维形式存在的纤维素纳米材料的广泛结构多样性，激发了人们极大的研究兴趣。近年来，利用纤维素来设计具备优异力学性能的功能材料取得了许多进展。

有鉴于此，美国马里兰大学李腾教授和浙江大学Shuze Zhu等人，综述了基于纤维素的高性能功能材料的力学设计领域的最新进展。

本文要点

1）首先详细描述了纤维素的来源和结构特征；强调了界面氢键的关键作用，并提供了来自实验和理论研究的详细证据；然后讨论了“纳米”级的分子工程技术，以便制造具有出色机械性能的新型材料；还总结了基于纤维素的复合材料的不同力学设计策略，例如结构修饰、均质化、界面拓扑控制。

2）在拉伸变形下纤维素纳米纸中氢键的作用导致强度和韧性这两个通常相互排斥的特性同时增加。纤维素纤维直径的减小和或纤维排列的增加将导致空间氢键密度的增加，从而增强界面能量的耗散，并因此带来出色的断裂韧性。

3）纤维素具有多种尺度的优异力学性能，因此可以在实现高性能复合功能材料方面也发挥积极作用。例如，利用纤维素纳米纤维和石墨或氧化石墨烯等材料之间的氢键来增加界面处的结合力，从而开发出高性能的结构材料。

总之，该工作有望使纤维素在一系列新兴的功能材料中得到实际应用。

参考文献：

Upamanyu Ray et al. Mechanics Design in Cellulose‐Enabled High‐Performance Functional Materials. Advanced Materials, 2020.

DOI: 10.1002/adma.202002504

https://doi.org/10.1002/adma.202002504