导 读
ENTER TITLE
制造先进纺织品的宏观纤维通常是合成纤维，在过去的一个世纪它极大改变了人类生活。然而，石化资源的短缺极大地限制了纺织工业的发展。马里兰大学胡良兵教授团队展示了一种制造纺织品的宏观木纤维（木质纤维）的简单的自上而下的方法，该方法直接由天然木材去木质素后扭转排列成纤维素纳米纤维。
背 景 介 绍
纺织品已广泛应用于各种先进应用领域，包括光伏，储能，热学和可穿戴电子设备。由棉，麻或合成纤维制成的智能纺织品包含一些新兴材料，如氮化硼，石墨烯，或碳纳米管。其多种先进功能（例如高导热性和高导电性）受到越来越多的关注。
木材是地球上最丰富的天然聚合物，比其他植物纤维便宜得多。通常天然纤维素纳米纤维通过干纺湿法纺丝，湿法挤出和流体动力学对准来制备用于纺织的宏观木纤维（木质纤维）。这些自下而上的方法工艺复杂、成本高而效率低。
创 新 之 处
在这项工作中，马里兰大学胡良兵教授团队采用一种简单的自上而下的方法，通过化学脱木质素和扭转工艺直接从天然木材制造具有一定排列的纤维素纳米纤维。这种方法保留了纤维素纳米纤维的良好排列，且天然木材中的微通道被完全消除，有助于形成致密而整齐的结构，并具有比去木质的木材更高的机械强度和灵活性。还可以在扭转之前将碳纳米管结合到去木质的木材中来制备强力和导电的木质纤维。此外，排列好的木质纤维织物表现出优异的编织性能和可染性，在可穿戴和智能纺织品中具有广阔应用前景。
图 文 速 览
图1自然排列的纤维素纳米纤维自顶向下装配来制备木纤维
树干具有垂直排列的固有微通道和定向的纤维素纳米纤维。沿着树木生长方向切割树干可以获得木片，通过切割和扭转去木质素的木质薄膜来制备木质纤维。所制备的木纤维在可穿戴智能纺织品和许多其他应用中具有巨大潜力。
图2脱木质木材的制造和表征。
a）木块的数字图像。沿纵向（树生长方向）的红色虚线表示切割线。
b）天然木质薄膜的数字图像。
c）白色木材的数字图像。可以通过去除天然木材中的有色木质素来制备去木质素木材。
d）脱木质素木材的横截面SEM图像显示多孔结构。
e）去木质素木质横截面的高倍放大SEM图像显示由木质素的去除产生的分离的微通道。
f）去木质素木材的SEM图像显示垂直排列的微通道。
g）脱木质素木材的SAXS图案展示各向异性微结构。
h）在去木质素木材中的微通道的放大SEM图像显示排列的纤维素纳米纤维
图3 木纤维的制造工艺和微观结构表征
a）木质薄膜的数字图像。
b）从木质薄膜上切下的木条的数字图像。右上方的方形用于指示木条的横截面。
c）通过扭曲木条制备的木质纤维的数字图像。右上方的圆形用于表示木质纤维的横截面。
d）典型木条的横截面SEM图像。请注意，木条的横截面为方形。
e）木条横截面的放大SEM图像显示多孔结构。
f）木条横截面的高倍放大SEM图像显示脱木质素产生的分离的微通道。
g）典型木质纤维的横截面SEM图像。木纤维具有圆形和致密结构。
h）木纤维横截面的高倍率SEM图像显示致密结构。
i）木纤维横截面的高倍放大SEM图像，显示紧密合并的塌陷的微通道。
j）典型木质纤维的横向表面SEM图像。
k）木纤维侧表面的高放大率SEM图像。
l）单个折叠排列的微通道的高放大率SEM图像显示取向的纤维素纳米纤维。
图4木纤维的柔韧性和机械性能
a）长约11厘米的木纤维的数字图像。
b-d）数字图像显示木质纤维可卷曲，折叠和打结。
e）插图（d）中的Knot的光学显微镜图像。所有这些图像都表现出木质纤维具有出色的柔韧性，而打结则表现出高抗扭性。
f）破碎的木材带条的数字图像。
g）断裂的去木质素木条的断裂点的SEM图像。
h）折叠的木质纤维的数字图像。
i）折叠的木质纤维的折叠点的SEM图像。
j）天然木材，脱木质素木材和木质纤维的代表性应力-应变曲线。
k）天然木材，脱木质素木材和木质纤维的韧性和抗拉强度的关系。
l）拉伸测试后断裂的去木质素木材的横截面SEM图像。
m）拉伸试验后断裂的去木质素木材的放大横截面SEM图像。
n）拉伸试验后断裂的木质纤维的横截面SEM图像。
o）拉伸测试后破碎的木质纤维的高倍率横截面SEM图像。
图5染色和官功能化木纤维的制备
比例尺：图（c），（d），（f）和（g）：10毫米;
图（e）和（h）：500微米。
a）染色或功能化木质纤维的制备示意图。
b）木质素胶片的数字图像。
c）渗入红油O的脱木质木质薄膜的数字图像。
d）通过切割和扭转染色的木质薄膜制备的染色的木质纤维的数字图像。
e）染色的木质纤维的SEM图像。
f）用CNT渗透的木质素木质素膜的数字图像。
g）装载有CNT的木质纤维的数字图像。
h）装载有CNT的木质纤维的SEM图像。
结论
总之这种方法保留了固有排列的纤维素纳米纤维，通过挤压木材中除去木质素留下的微通道和加捻得到强度更高、韧性更大的超致密结构。木纤维还具有优异的针织性能和可染性，这对纺织品应用至关重要。此外，功能木纤维可以通过在加捻之前预先在去木质素木质薄膜中渗透功能材料来实现。尽管这种自上而下制造对齐的宏观纤维的方法很简单，但在某种程度上可以实现成本效益，为智能纺织品和可穿戴电子产品的发展提供了有希望的方向。
文章链接：Dr. C. Jia, Dr. C. Chen,Y. Kuang, Dr. K. Fu, Dr. Y. Wang, Dr. Y. Yao,S. Kronthal, E. Hitz, Dr. J. Song,Prof. F. Xu, B. Liu, Prof. L. Hu, From Wood to Textiles: From Wood to Textiles:Top-Down Assembly of AlignedCellulose Nanofibers2018,1801347.https://doi.org/10.1002/adma.201801347
作者：方轲
编辑：方轲 、Jane Chou、颜学俊
