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  面對日益嚴峻的能源危機與環境污染，尋找替代石油基材料的可持續方案成為全球共識。纖維素，作為地球上最豐富的天然高分子，在功能性三維結構構筑中展現出巨大潛力。近日，來自不列顛哥倫比亞大學姜鋒教授團隊在《Advanced Functional Materials》上發表綜述文章，系統總結了基于纖維素的液態凝膠與多孔材料的最新研究進展，重點討論其在柔性電子、熱管理和水收集等領域的創新應用。

  隨著可持續材料研究的迅猛發展，構筑具有功能性的三維（3D）結構成為推動綠色科技的關鍵一環。相比傳統石油基聚合物材料，天然纖維素因其結構多樣性、生物降解性和表面官能化能力，成為打造功能性3D材料的理想候選者。

  本綜述文章聚焦于兩大類基于纖維素的3D結構：液態凝膠（如水凝膠、離子凝膠）與多孔材料（如氣凝膠、泡沫）。作者通過結構-性能-功能的視角，梳理了各類材料的設計策略與應用前景。

圖1：纖維素3D結構的構建與應用

  凝膠方面，文章介紹了纖維素納米纖維（CNFs）與納米晶（CNCs）在凝膠體系中作為增強劑、分散劑及主體骨架的多重角色，并探討了通過溶劑系統調控所得凝膠的導電性、耐低溫性和可拉伸性能。

圖2. 纖維素在構建凝膠體系中的不同角色

  多孔材料方面，文章重點展示了通過定向冷凍、溶劑置換、3D打印等手段構建結構可控、光學透明或具彈性回復能力的纖維素多孔網絡。尤其是在氣凝膠方向，作者總結了多種策略用于實現纖維排列精細化和孔徑調控，使得所得材料兼具高透光率和優良力學性能。

圖3. 透明纖維素3D多孔網絡的構建

  基于上述結構設計，纖維素3D結構在多個前沿領域表現出巨大潛力。例如：

• 柔性電子：可拉伸、導電凝膠用于穿戴式傳感器；
  

• 熱管理：透明氣凝膠作為隔熱材料，兼具輕質與高效；
  

• 水收集與濕度調節：結合鹽類吸濕劑實現高效大氣水捕集。

  該文為構建基于纖維素的功能性三維材料提供了系統的結構設計策略與性能優化路徑。未來，結合動態交聯、結構分級構建與先進制造技術，有望推動纖維素3D材料在智能可穿戴、生物醫學、能源與環境等領域的廣泛應用。

  該綜述文章以題為“Transforming Cellulose Into Functional Three‐Dimensional Structures” 的研究成果，近日發表在國際著名期刊《Advanced Functional Materials》（DOI: 10.1002/adfm.202504778）上。文章由不列顛哥倫比亞大學（University of British Columbia）Sustainable Functional Biomaterials Lab博士生（Xia Sun）和訪問博士生（Hao Sun）擔任第一作者，姜鋒（Feng Jiang）教授為唯一通訊作者。

  作為該課題組在可持續功能材料研究方向的重要積累，該工作延續了團隊在天然高分子結構調控與功能集成方面的持續探索。近年來，姜教授團隊已在該領域發表多篇高水平論文，持續推動綠色材料在多場景中的應用轉化。

向上滑動閱覽

  Advanced Materials, 2024, 36(1): 2306653.

  新型高強度水凝膠

  Advanced Materials, 2024, 36(25): 2400084.

  微相分離水凝膠

  Advanced Materials, 2025, 37(7): 2416916.

  超拉伸纖維素水凝膠：

  Materials Today, 2024, 74: 67-76.

  纖維素基離子導體綜述，

  Chemical Reviews 2024，123 (15), 9204-9264

  糖析法制備水凝膠，

  Adv. Funct. Mater.2024, 2315184

  全纖維素基水凝膠膠黏劑，

  The Innovation Materials, 2024, 1 (3), 100040

  仿生環境響應性異質結構水凝膠,

  Mater. Horiz., 2023, 10, 2667-2676

  用于離子皮膚的高環境穩定性離子凝膠,

  Adv. Funct. Mater.2023, 33, 2209787

  界面工程制備的液態金屬水凝膠,

  Nano Energy 2022，99, 107374

  綠色方法制備纖維素基水凝膠，

  Adv. Funct. Mater.2022，32，2202533

  納米纖維素本征性能對于水凝膠性質的提高

  Adv. Funct. Mater.2020, 30, 200343