北京林业大学团队开发新型自粘性全木材透明层压板：兼具高强度、室温磷光与可持续性
作者及发表信息
本研究的通讯作者为北京林业大学的Gegu Chen和Feng Peng，团队成员包括Cai Chen、Ni Xia、Yutong Zhou等。研究成果发表于Advanced Functional Materials（《先进功能材料》）期刊，论文标题为《Self-Adhesive, Isotropic, and All-Wood Transparent Room Temperature Phosphorescent Laminates》（《自粘性、各向同性全木材透明室温磷光层压板》），在线发表于2025年。
研究领域与动机
透明木材（Transparent Wood）因其光学透明性、低导热性和多功能性，在光学材料领域备受关注。然而，传统透明木材的制备依赖石油基聚合物（如环氧树脂、聚乙烯醇）浸渍，导致材料易氧化变黄、不可降解，且木材纤维与聚合物相容性差，工艺复杂、产率低。此外，天然木材的各向异性结构使其机械性能在垂直方向上较弱，限制了实际应用。
研究目标
本研究旨在开发一种无需外加聚合物的全木材透明层压板，通过化学改性与物理致密化技术，实现以下特性：
1. 各向同性机械性能：消除天然木材的力学方向依赖性；
2. 室温磷光（Room Temperature Phosphorescence, RTP）：延长发光寿命至342毫秒；
3. 自粘性：通过氧化还原改性实现层间自粘合；
4. 高透明度（70%）与高雾度（90%）：适用于智能建筑光学调控。
1. 原料与预处理
- 研究对象：轻木（Balsa Wood，密度≈0.15 g/cm³），因其高孔隙率和低成本被选为原料。
- 脱木质素（Delignification）：使用5 wt% NaClO₂溶液（pH≈4.5，80℃）处理4小时，去除吸光色素，暴露纤维素羟基。
2. 氧化还原改性
- 氧化（Oxidation）：将脱木质素木材浸入1.25 wt% NaIO₄溶液（50℃，避光80分钟），引入醛基（含量达1.14 mmol/g）。正交实验优化显示，过度氧化会破坏纤维结构（图2e）。
- 还原（Reduction）：以NaBH₄还原醛基为羟基，增强纤维间氢键密度，赋予材料自粘性。
3. 物理致密化与层压
- 单层致密化：氧化还原木材（ORW）在60℃、35 MPa压力下热压3天，形成致密结构（ORDW）。
- 多层各向同性层压板（M-ORDW）：将两层ORW以垂直方向（0°/90°）堆叠后热压，通过氢键自组装实现层间无缝粘合（图2o-p）。
4. 性能表征
- 机械性能：使用万能材料试验机测试拉伸强度，M-ORDW在两个垂直方向的强度分别为156.9±9.0 MPa和159.3±23.7 MPa，显著优于天然木材（11.7±1.6 MPa）。
- 光学性能：紫外-可见分光光度计测定透光率（70.7%）和雾度（91.5%）。激光散射实验证实M-ORDW的光学各向同性（图4f）。
- 室温磷光（RTP）：荧光光谱仪检测到535 nm磷光发射峰，寿命达342 ms，优于天然木材（70.53 ms）。DFT计算表明氧化还原纤维素通过氢键固定木质素，促进三重态激子辐射（图5g-h）。
科学价值
- 提出了一种无聚合物添加的全木材透明材料制备新策略，通过氧化还原改性和自组装层压技术，解决了传统透明木材的环境污染与各向异性问题。
- 首次在木材中实现长寿命室温磷光（342 ms），为智能光学材料设计提供新思路。
应用潜力
- 智能建筑：高雾度层压板可均匀散射光线，降低能耗（图4h）；
- 防伪标签：RTP特性可用于信息加密；
- 可持续材料：材料可循环利用（图3h），重塑后强度仍高于天然木材。
其他发现
- 湿度敏感性：RTP强度随湿度升高而降低，但干燥后可恢复（图S20），表明氢键动态可逆。
- 激发波长依赖性：磷光颜色随激发光波长（254–365 nm）红移，证实多色发光潜力（图5e-f）。
本研究为多功能生物基材料的开发提供了范式，未来可拓展至柔性电子、装饰设计等领域。