综述：木质素基碳纤维的分子结构特征、制备工艺与表面改性技术研究综述

《Advanced Composites and Hybrid Materials》：Lignin carbon fiber: advancement from precursor chemistry to manufacturing

　　

摘要

木质素作为植物细胞壁中的一种可再生生物聚合物，同时也是生物炼制和造纸工业的副产物流，在制备可持续且具有成本效益的碳纤维方面展现了巨大潜力。然而，由于从木质素前驱体化学到制造技术之间的加工-结构-性能关系的基础科学认知仍然不够充分，其商业化仍受到力学性能不佳的严重制约。因此，本文全面综述了木质素化学的进展以及对其进行定制化改性以制备高性能碳纤维的相关技术，特别聚焦于木质素及其衍生前驱体纤维、碳纤维和石墨化碳纤维的分子结构特征。此外，本文还系统综述了木质素基碳纤维合成的基础化学原理，包括纺丝、热稳定化、碳化和石墨化，以及所制备碳纤维的表面处理基础与技术，包括氧化、涂覆和等离子体处理。回顾这些基础知识将有助于激发木质素基碳纤维领域的创新，提升其性能，并推动其走向产业化。

图形摘要

木质素作为植物细胞壁中的一种可再生生物聚合物，同时也是生物炼制和造纸工业的副产物流，在制备可持续且具有成本效益的碳纤维方面展现了巨大潜力。然而，由于从木质素前驱体化学到制造技术之间的加工-结构-性能关系的基础科学认知仍然不够充分，其商业化仍受到力学性能不佳的严重制约。因此，本文全面综述了木质素化学的进展以及对其进行定制化改性以制备高性能碳纤维的相关技术，特别聚焦于木质素及其衍生前驱体纤维、碳纤维和石墨化碳纤维的分子结构特征。此外，本文还系统综述了木质素基碳纤维合成的基础化学原理，包括纺丝、热稳定化、碳化和石墨化，以及所制备碳纤维的表面处理基础与技术，包括氧化、涂覆和等离子体处理。回顾这些基础知识将有助于激发木质素基碳纤维领域的创新，提升其性能，并推动其走向产业化。

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