棉纤维干燥过程中纤维素微纤维可逆与不可逆结构演变的同步辐射SAXS/WAXS研究

本文采用同步辐射小角/广角X射线散射(SAXS/WAXS)技术，首次在单根棉纤维尺度揭示了干燥过程中纤维素微纤维的纳米结构动态变化。通过对比未干燥棉(NDC)与复水棉(RWC)，发现纤维素晶体核心的可逆收缩与无定形外壳的不可逆致密化，建立了三阶段干燥模型，为天然纤维素纤维的湿强机理提供了关键结构证据。

　　

Highlight亮点

• 广域q值散射(0.01-10 nm^-1)揭示NDC比RWC具有更厚的无定形外壳

• 干燥过程中晶体尺寸与结晶度下降，但复水后基本恢复（可逆变化）

• 无定形外壳发生不可逆的致密化收缩

• 基于核心-外壳-圆柱模型提出三阶段干燥机制

Irreversible changes in cross-sectional morphology of cotton fibers

棉纤维横截面形态的不可逆变化

光学显微镜显示，未干燥棉(NDC)呈中空近圆形，干燥后(Dry)细胞壁变薄且扁平化，而复水棉(RWC)虽恢复部分厚度但仍保留扁平特征。这种形态学变化证实了干燥过程导致的不可逆结构重组。

Consideration of structure factor contributions in SAXS analysis

SAXS分析中结构因子的考量

尽管棉纤维中纤维素微纤维体积分数超过20%，但SAXS图谱未出现典型干涉峰。与木材不同，棉纤维的散射信号更适合用孤立核心-外壳圆柱模型描述，暗示其微纤维排列缺乏长程有序性。

Conclusions结论

本研究通过同步辐射SAXS/WAXS联用技术，首次在单纤维尺度解析了干燥过程中的纳米结构演变：1) 结晶区变化具有可逆性；2) 无定形区发生不可逆致密化；3) 建立的干燥三阶段模型为理解纤维素基材料的"湿记忆效应"提供了新视角。