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纤维素基先进功能材料的制备及其应用

摘要：纤维素是来源最为广泛的生物质资源，具有廉价易得，可再生等优点，

可作为石化资源的替代品，制备品种丰富、性能各异的先进功能材料。综述了近

年来纤维素基先进功能材料研究方面的重要进展，对其制备方法和应用进行了详

细归纳和讨论。内容包括：力学功能材料、化学功能材料、光电功能材料等。涉

及柔性显示器、药物载运、电子元器件模板、分离膜，超级电容器等领域的应用。

文章最后对纤维素基先进功能材料的发展提出设想，并讨论了在发展过程中面临

的关键问题，为纤维素基功能材料的深入研究和产业化应用提供有益的参考。

关键词：纤维素；力学功能材料；化学功能材料；光电材料；生物质

0引言

近年来，有关促进材料循环利用和降低材料生态影响的新法规相继出台，使

得开发基于可再生资源为原料的先进功能材料成为了研究热点。在各类可再生

[1-2]

资源当中，木质纤维素作为一种存量大、分布广、廉价易得的生物质资源，具有

制备先进材料的重大潜力。纤维素是木质纤维素的主要成分，一般占木质纤维

[3]

素干重的40%～60%，是植物体内最重要的结构材料，也是制备先进功能材料

的重要原料纤维素可通过酸解法、酶解法、机械精炼法、离子液体等溶剂提取

[4-5]。

法、氧化法和以上联合工艺等方法从木质纤维素中提取出来。纤维素是由葡萄

[6-14]

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糖通过β-1,4糖苷键构成的线性高分子，分子内存在大量氢键和羟基，经特定的

物理、化学、生物及其联合工艺可降解、重构、接枝改性制备成不同类型的功能

材料，在分离膜、生物医学植入物、药物载运，电子元器件模板，超级电容器等

领域具有广阔的应用前景。

[15]

最近在国际范围内，利用纤维素改性开发出的具有高应用价值的先进功能材

料受到广泛关注，优秀成果不断涌现。不同于单一性能结构材料，经过处理后的

纤维素功能材料除具有一定的机械特性外，还附有特定属性，如光、磁、电、热、

化学、生物等方面的功能特性，可实现传输、转换或储存物质、能量和信息等目

的。本文综述了近年来纤维素基先进功能材料研究方面的重要进展，对其制备方

法和应用进行了详细归纳和讨论，分析了各种方法的优缺点，展望了该领域未来

研究趋势。文章依据纤维素材料前沿应用领域，主要分为以下3个部分进行阐

述：(1)力学功能材料；(2)化学功能材料；(3)光电功能材料。

1力学功能材料

力学功能材料主要是指强化功能材料，如超高强材料等。目前，具有优异机

械性能的合成材料(例如钢和合金等)通常具有质量较大、生产过程不环保、制造

工艺复杂，成本较高等缺点。纤维素是一种廉价而丰富的可再生材料，经特定处

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理后可获得品类丰富、性能优异的力学功能材料，能在一定程度上克服当前合成

材料所存在的问题。

[16-17]

1.1建筑强化材料

木材是最丰富、可持续、廉价、美观的结构材料之一，广泛应用于建筑领域。

然而，木材的易燃性很大