竹纤维素薄膜中纤维形态调控实现光学与力学性能的可控设计

为突破纤维素薄膜性能调控瓶颈，研究人员通过硫酸盐/低共熔溶剂(DES)制浆结合羧甲基化两步法，精准调控竹纤维形态（"鼓胀"型/均匀溶胀型），制备出高雾度(>80%?@85%?透光率)与高强度(137?MPa)的差异化薄膜，揭示了纤维形态-性能构效关系，为太阳能电池等光电应用提供定制化材料解决方案。

　　

随着化石能源过度开发引发的环境危机加剧，开发具有优异光学/力学性能的可降解纤维素薄膜成为研究热点。竹纤维因其快速再生特性和多尺度层级结构，成为制备透明纤维素薄膜的理想原料。然而，现有技术难以直接提取具有特定形态的竹纤维，且纤维形态与薄膜性能的构效关系尚不明确，制约了薄膜在太阳能电池（需高雾度高透光率）和显示技术（需高透光低雾度）等场景的精准应用。

针对这一难题，华南理工大学等机构的研究人员提出通过纤维形态工程调控薄膜性能的创新策略。研究采用硫酸盐/低共熔溶剂(DES, 氯化胆碱-乳酸体系)制浆结合羧甲基化的两步改性法，成功制备出具有"鼓胀"形态和均匀溶胀形态的差异化竹纤维。通过原子力显微镜(AFM)、X射线衍射(XRD)等表征手段系统分析了纤维形态演变规律，并建立其与薄膜光学/力学性能的定量关系。

主要技术方法
研究采用硫酸盐法(Kraft)和DES法提取竹纤维，通过羧甲基化引入负电荷促进纤维溶胀；利用真空辅助自组装制备薄膜；通过紫外-可见分光光度计测试光学性能，电子万能材料试验机测定力学性能；结合扫描电镜(SEM)和AFM解析纤维形貌特征。

研究结果

Materials
选用四川产3-4年生峨眉山竹材，采用Cytiva公司定性滤纸和Merck公司混合纤维素滤膜(0.45^?μm)作为辅助材料。

Preparation of Kraft/DES-CM fiber and film
Kraft法制备的纤维保持天然形态，而DES处理纤维在羧甲基化后形成两种典型形态：非均匀溶胀的"鼓胀"纤维（表面凸起结构）和均匀溶胀纤维（平滑表面）。前者因光散射效应使薄膜雾度达80%^?@85%^?透光率，后者通过增强纤维间氢键使薄膜拉伸强度达137^?MPa。

Conclusions
研究证实纤维形态是调控薄膜性能的关键参数："鼓胀"纤维通过光散射提升雾度，均匀溶胀纤维通过紧密堆积增强力学性能。该工作为纤维素薄膜的定向设计提供了新范式，分子修饰与物理形貌协同调控的策略可扩展至其他生物质材料体系。

这项发表于《Carbohydrate Polymers》的研究具有双重意义：科学层面首次阐明竹纤维形态梯度变化对宏观性能的调控机制；应用层面开发出可规模化生产的性能可调薄膜，推动生物基材料在光电领域的实际应用。DES绿色溶剂的使用也符合碳中和战略，为生物质高值化利用提供了示范。