第一作者：賈超、陳朝吉、況羽迪
通訊作者：胡良兵
通訊單位：馬里蘭大學(xué)（美國(guó)）
研究亮點(diǎn)：
通過簡(jiǎn)單的納米纖維自組裝工藝制備得到木質(zhì)纖維，為紡織品的高污染高能耗問題帶來新的希望，并為柔性可穿戴器件提供新的思路。
紡織品已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各種各樣的領(lǐng)域，包括光伏、儲(chǔ)能、熱管理和可穿戴電子設(shè)備。以棉、麻或合成纖維等為原料，通過添加一些新興的材料，如氮化硼、石墨烯或碳納米管等制得的智能紡織品表現(xiàn)出很多先進(jìn)的功能性而受到越來越多的關(guān)注。合成纖維一般是由不可再生的石化資源制備而得，其制備涉及很多化學(xué)工藝過程，如分解、合成、提取、溶解等，造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染。相比之下，由于生物材料具有可持續(xù)性和芯吸行為等優(yōu)點(diǎn)，因而在紡織品制備方面越來越有吸引力。
在各種生物材料中，棉是我們?nèi)粘Ｉ詈涂茖W(xué)研究中最常用的一種。然而，由原棉制備織物纖維的過程繁瑣，耗費(fèi)勞力，并且原材料成本高，化學(xué)品消耗量大。
有鑒于此，美國(guó)馬里蘭大學(xué)胡良兵教授課題組發(fā)明了一種通過化學(xué)脫木素和加捻工藝從天然木材直接制備宏觀木纖維的策略。
圖1 通過納米纖維自組裝制備木織物纖維
該方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：
1）不需要復(fù)雜的纖維素納米纖維提取工藝；
2）無需特殊設(shè)備即可容易地獲得取向的纖維素納米纖維；
3）通過在脫木素的木材中填充功能材料能夠得到功能化的木織物纖維；
4）更少的能源和化學(xué)品消耗。首先將天然的木材切成木片，用化學(xué)方法將木片中的木質(zhì)素去除，得到白色的脫木素的木片。
圖2 脫木素木材的制備和表征
圖3 木織物纖維的制備工藝和微觀結(jié)構(gòu)表征
研究人員得到的木織物纖維保留了天然木材中取向的纖維素納米纖維，而木材中的微通道在加捻過程中被完全去除，從而得到了致密的結(jié)構(gòu)。與天然木材相比，木織物纖維的機(jī)械強(qiáng)度大約提高了一倍，而韌性提高了20倍。
圖4 木織物纖維的柔韌性和機(jī)械性能表征
天然木材本質(zhì)上是脆性的，而制備的木織物纖維具有高度的柔性和可彎曲性。木織物纖維具有優(yōu)異的編織性能和染色性，表明它們?cè)诳纱┐骱椭悄芗徔椘分芯哂泻芎玫膽?yīng)用前景。
圖5 染色和功能化木織物纖維的制備
此外，通過預(yù)先在脫木素的木材中填充功能材料，然后再加捻，能夠得到功能化的木織物纖維。他們?cè)诩幽碇霸诿撃舅氐哪静闹刑砑犹技{米管，從而制備了導(dǎo)電的木織物纖維。
總之，這種通過取向納米纖維自組裝成宏觀木纖維的方法具有簡(jiǎn)單，低廉的特點(diǎn)，并為智能紡織品和可穿戴電子產(chǎn)品的開發(fā)提供了有前景的方向。
參考文獻(xiàn)：
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.
