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  液態(tài)金屬憑借其自愈合、良好生物相容性、優(yōu)異流動(dòng)性以及粘附性等多功能特性在柔性電子、生物醫(yī)學(xué)和儲(chǔ)能材料等前沿研究領(lǐng)域快速興起。然而，液態(tài)金屬在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中也面臨著表面易氧化以及流動(dòng)性難精確控制等諸多挑戰(zhàn)。因此，需要對(duì)液態(tài)金屬的不同特性進(jìn)行精確調(diào)控，以實(shí)現(xiàn)更高效的應(yīng)用性能調(diào)控。木質(zhì)纖維素中豐富的羥基、羧基和其他極性基團(tuán)能夠與液態(tài)金屬形成強(qiáng)化學(xué)鍵，從而增強(qiáng)復(fù)合材料的潤(rùn)濕性、粘附性和界面相容性。在復(fù)合材料體系中，木質(zhì)纖維素的作用不僅局限于充當(dāng)支撐基質(zhì)，還具有靈活的功能可調(diào)性，能夠根據(jù)不同的應(yīng)用需求，對(duì)復(fù)合材料的微觀界面和結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。通過(guò)這種定制化操作，復(fù)合材料能夠彌補(bǔ)單一液態(tài)金屬材料的不足，并充分發(fā)揮木質(zhì)纖維素以及液態(tài)金屬的優(yōu)勢(shì)，更好地適應(yīng)多樣化的應(yīng)用場(chǎng)景，具有廣泛的應(yīng)用潛力。在該工作中，天津科技大學(xué)司傳領(lǐng)、朱禮玉、王冠華和徐婷教授對(duì)木質(zhì)纖維素/液態(tài)金屬?gòu)?fù)合材料的功能化調(diào)控做了全面和系統(tǒng)研究。文章首先對(duì)液態(tài)金屬的理化特性進(jìn)行了系統(tǒng)梳理，然后詳細(xì)分析了木質(zhì)纖維素調(diào)控液態(tài)金屬的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，重點(diǎn)闡釋了3D打印、封裝、共混等功能化的調(diào)控策略。此外，該工作還詳細(xì)討論了木質(zhì)纖維素/液態(tài)金屬?gòu)?fù)合材料在柔性傳感、儲(chǔ)能以及光熱轉(zhuǎn)換領(lǐng)域的最新應(yīng)用。最后，對(duì)木質(zhì)纖維素/液態(tài)金屬?gòu)?fù)合材料的功能化調(diào)控面臨的挑戰(zhàn)與未來(lái)發(fā)展前景做了充分展望，為木質(zhì)纖維素/液態(tài)金屬?gòu)?fù)合材料在前沿領(lǐng)域的應(yīng)用提供了新視角。該成果以題為“Lignocellulose-Mediated Functionalization of Liquid Metals toward the Frontiers of Multifunctional Materials”發(fā)表在《Advanced Materials》（中科院一區(qū)，影響因子27.4）2025年第37卷12期，并被遴選為封面文章（圖1）。天津科技大學(xué)2023級(jí)博士研究生李威為該論文第一作者，司傳領(lǐng)、朱禮玉、王冠華以及徐婷教授為通訊作者，天津科技大學(xué)為唯一單位。

圖1.論文被遴選為《Advanced Materials》封面文章

1. 木質(zhì)纖維素/液態(tài)金屬?gòu)?fù)合材料的功能化調(diào)控發(fā)展歷程

  木質(zhì)纖維素是一種廣泛存在于植物細(xì)胞壁中的天然聚合物復(fù)合體，具有優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性和生物相容性等特征。木質(zhì)纖維素可以通過(guò)多維度的物理/化學(xué)反應(yīng)調(diào)控液態(tài)金屬的微納結(jié)構(gòu)、表面特性和界面動(dòng)力學(xué)。同時(shí)，木質(zhì)纖維素的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)還可以限制液態(tài)金屬的流動(dòng)性，有利于形成穩(wěn)定的微分散結(jié)構(gòu)，從而增強(qiáng)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。而液態(tài)金屬的優(yōu)異導(dǎo)熱性和電磁屏蔽性能也可以賦予木質(zhì)纖維素基底新的功能。這種雙向調(diào)控的方法拓寬了木質(zhì)纖維素/液態(tài)金屬?gòu)?fù)合材料的潛在應(yīng)用。因此，木質(zhì)纖維素作為一種天然高分子材料，其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和特性為有效調(diào)控液態(tài)金屬提供了可行的途徑，有助于實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料性能的精確設(shè)計(jì)和工程控制，進(jìn)而開(kāi)發(fā)出滿足不同應(yīng)用需求的高性能功能復(fù)合材料（圖2）。

圖2.木質(zhì)纖維素/液態(tài)金屬?gòu)?fù)合材料的功能化調(diào)控的發(fā)展歷程

2. 液態(tài)金屬的理化特性

  液態(tài)金屬獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)使其在柔性電子、生物醫(yī)學(xué)和儲(chǔ)能等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用（圖3）。然而，液態(tài)金屬材料的表面易氧化以及對(duì)液態(tài)金屬流動(dòng)性的精確控制等在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中也面臨著挑戰(zhàn)。利用微流體技術(shù)、超聲波處理等手段可以精確調(diào)控液態(tài)金屬的流動(dòng)性和分散性，從而實(shí)現(xiàn)更高效的應(yīng)用性能調(diào)控（圖4）。

圖3. 液態(tài)金屬的理化特性

圖4.液態(tài)金屬的功能化調(diào)控策略

3. 木質(zhì)纖維素調(diào)控液態(tài)金屬的優(yōu)勢(shì)

  木質(zhì)纖維素是一種豐富且可再生的綠色生物質(zhì)資源。木質(zhì)纖維素調(diào)控液態(tài)金屬的優(yōu)勢(shì)在于其豐富的極性基團(tuán)能夠與液態(tài)金屬表面形成強(qiáng)化學(xué)鍵，從而增強(qiáng)潤(rùn)濕性和粘附力，提高界面相容性（圖5）。作為支撐基質(zhì)，木質(zhì)纖維素通過(guò)物理和化學(xué)方法優(yōu)化復(fù)合材料的微結(jié)構(gòu)，從而適應(yīng)不同應(yīng)用需求。具體而言，木質(zhì)纖維素的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)能夠限制液態(tài)金屬的流動(dòng)性，形成穩(wěn)定分散結(jié)構(gòu)，從而增強(qiáng)尺寸穩(wěn)定性和形狀保持性。作為天然聚合物，木質(zhì)纖維素具有生物相容性和環(huán)境友好性，符合可持續(xù)發(fā)展要求。這些優(yōu)勢(shì)使木質(zhì)纖維素調(diào)控的液態(tài)金屬?gòu)?fù)合材料在電磁屏蔽、柔性傳感、能量存儲(chǔ)等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。

圖5. 木質(zhì)纖維素的理化特性

4. 木質(zhì)纖維素/液態(tài)金屬?gòu)?fù)合材料的功能化調(diào)控

  目前，基于木質(zhì)纖維素調(diào)控液態(tài)金屬的方法可分為3D打印、封裝、共混和交聯(lián)聚合等（圖6）。這些功能化調(diào)控策略可以用于構(gòu)建具有不同微納結(jié)構(gòu)和形貌的木質(zhì)纖維素/液態(tài)金屬?gòu)?fù)合材料，從而極大拓展了木質(zhì)纖維素/液態(tài)金屬?gòu)?fù)合材料的前沿應(yīng)用空間。

圖6.木質(zhì)纖維素/液態(tài)金屬?gòu)?fù)合材料的功能化調(diào)控策略

5. 木質(zhì)纖維素/液態(tài)金屬?gòu)?fù)合材料的功能化應(yīng)用

  作為一種新興的多功能材料，木質(zhì)纖維素/液態(tài)金屬?gòu)?fù)合材料以其獨(dú)特的流體和金屬性質(zhì)，不僅衍生出許多豐富的物理化學(xué)性質(zhì)，而且為現(xiàn)代材料科學(xué)的發(fā)展提供了廣闊的研究空間。本章節(jié)系統(tǒng)討論了木質(zhì)纖維素/液態(tài)金屬?gòu)?fù)合材料在電磁屏蔽、柔性傳感和能量存儲(chǔ)等領(lǐng)域的應(yīng)用（圖7）。首先介紹了木質(zhì)纖維素調(diào)控液態(tài)金屬?gòu)?fù)合材料在電磁屏蔽領(lǐng)域的應(yīng)用，其內(nèi)部構(gòu)建的連續(xù)導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)賦予了材料高導(dǎo)電性，這一特性是提高電磁屏蔽效率的關(guān)鍵；其次，闡述了其在柔性傳感器領(lǐng)域的應(yīng)用，基于其柔韌性，材料能夠適應(yīng)各種復(fù)雜的形變，而良好的導(dǎo)電性則確保了傳感器對(duì)外部物理量變化的高靈敏度響應(yīng)；接著，描述了這些材料在能量存儲(chǔ)設(shè)備中的應(yīng)用，其特殊的結(jié)構(gòu)和性能有助于提高能量存儲(chǔ)設(shè)備的充放電效率、循環(huán)穩(wěn)定性和能量密度；最后，概述了木質(zhì)纖維素/液態(tài)金屬?gòu)?fù)合材料在光熱轉(zhuǎn)換領(lǐng)域的應(yīng)用，液態(tài)金屬和木質(zhì)纖維素協(xié)同作用，能夠高效吸收光能，并將其轉(zhuǎn)化為熱能。這種優(yōu)異的光熱轉(zhuǎn)換能力使得該復(fù)合材料在太陽(yáng)能利用、光熱治療等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，為解決能源和醫(yī)療領(lǐng)域的相關(guān)問(wèn)題提供了新的思路和方法。

圖7.木質(zhì)纖維素/液態(tài)金屬?gòu)?fù)合材料的功能化應(yīng)用

圖8. 木質(zhì)纖維基/液態(tài)金屬復(fù)合材料在未來(lái)應(yīng)用中可能面臨的挑戰(zhàn)及其解決方案

  本文系統(tǒng)討論了木質(zhì)纖維素/液態(tài)金屬?gòu)?fù)合材料的功能化調(diào)控策略以及未來(lái)可能面臨的挑戰(zhàn)及其解決方案。雖然目前這種復(fù)合材料在材料的制備工藝，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及終端應(yīng)用等方面還有提升的空間（圖8），但隨著對(duì)木質(zhì)纖維素/液態(tài)金屬?gòu)?fù)合材料調(diào)控技術(shù)的進(jìn)一步深入研究以及新應(yīng)用不斷涌現(xiàn)，相信這些復(fù)合材料的應(yīng)用前景將更加廣闊，有望在更多領(lǐng)域替代傳統(tǒng)材料，推動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的升級(jí)換代。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202415761

作者簡(jiǎn)介

李威，天津科技大學(xué)2023級(jí)博士研究生。主要研究方向?yàn)槟举|(zhì)素衍生功能材料在儲(chǔ)能以及光熱領(lǐng)域的應(yīng)用。獲中國(guó)商業(yè)聯(lián)合會(huì)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)、國(guó)家留學(xué)基金委資助項(xiàng)目、天津科技大學(xué)優(yōu)秀博士學(xué)位論文創(chuàng)新資助項(xiàng)目、天津科技大學(xué)碩士研究生優(yōu)秀學(xué)位論文、天津科技大學(xué)研究生“十佳學(xué)術(shù)之星”、兩次獲得研究生國(guó)家獎(jiǎng)學(xué)金等榮譽(yù)。目前以第一作者在Advanced Materials、Advanced Energy Materials、Carbon Energy、Nano Energy等期刊發(fā)表論文10余篇（其中ESI高被引論文7篇，ESI熱點(diǎn)論文1篇，封面論文2篇）。申請(qǐng)/獲授權(quán)發(fā)明專利4項(xiàng)（其中授權(quán)國(guó)際專利2項(xiàng)）。

朱禮玉，天津科技大學(xué)講師。主要從事木質(zhì)纖維素化學(xué)和紙基功能材料的相關(guān)研究。受邀擔(dān)任高水平學(xué)術(shù)期刊《Research》和《Rare Metals》青年編委。目前以第一/通訊作者在Energy & Environmental Science、Advanced Materials、Nano-Micro Letters、Advanced Functional Materials等期刊發(fā)表論文20余篇。研究成果獲2024年中國(guó)商業(yè)聯(lián)合會(huì)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)、2024年SGCE青年研究獎(jiǎng)、2023年北京膜學(xué)會(huì)杰出青年成果獎(jiǎng)等榮譽(yù)。

王冠華，天津科技大學(xué)輕工學(xué)院及生物基纖維材料全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室特聘教授，研究員，博士生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)槟举|(zhì)素化學(xué)及功能利用。入選天津市青年人才托舉工程，天津市創(chuàng)新人才推進(jìn)計(jì)劃青年科技優(yōu)秀人才，天津市青年科技人才科技成果孵化轉(zhuǎn)化PLUS培育計(jì)劃，2024年度全球前2%頂尖科學(xué)家榜單，獲天津市優(yōu)秀青年科技工作者及全國(guó)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)優(yōu)秀博士等榮譽(yù)稱號(hào)。先后獲批國(guó)家自然科學(xué)基金面上/青年基金，天津市自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目等國(guó)家及省部級(jí)項(xiàng)目；以第一或通訊作者在Angew. Chem. Int. Ed., Advanced Materials、Advanced Energy Materials和Coordination Chemistry Reviews等高水平期刊發(fā)表論文70余篇，其中，ESI熱點(diǎn)/高被引論文8篇，封面論文6篇；授權(quán)發(fā)明專利12項(xiàng)，主持制訂團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)1項(xiàng)。研究成果獲國(guó)家林草局梁希林業(yè)科技進(jìn)步獎(jiǎng)、中國(guó)商業(yè)聯(lián)合會(huì)科技進(jìn)步獎(jiǎng)、中國(guó)輕工聯(lián)合會(huì)科技進(jìn)步獎(jiǎng)、中國(guó)產(chǎn)學(xué)研合作促進(jìn)會(huì)產(chǎn)學(xué)研合作創(chuàng)新成果獎(jiǎng)等。

徐婷，天津科技大學(xué)輕工學(xué)院及生物基纖維材料全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授、博導(dǎo)、德國(guó)洪堡學(xué)者、國(guó)家高層次青年人才、中國(guó)科協(xié)青年人才托舉工程（中科協(xié)資助）入選者、中國(guó)未來(lái)女科學(xué)家計(jì)劃候選人。2020年于北京化工大學(xué)獲博士學(xué)位，同年入職天津科技大學(xué)。任《eScience》《Innovation》《Advanced Fiber Materials》《Rare Metals》等SCI收錄中科院一區(qū)期刊及《中國(guó)造紙》《中國(guó)造紙學(xué)報(bào)》《林業(yè)工程學(xué)報(bào)》等中文核心期刊（青年）編委。研究方向包括紙基先進(jìn)功能材料、纖維素納米材料的可持續(xù)制備及先進(jìn)納米生物質(zhì)復(fù)合材料等。先后主持國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃子課題、中央引導(dǎo)地方科技發(fā)展項(xiàng)目、天津市自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、企業(yè)橫向項(xiàng)目等10余項(xiàng)。以第一/通訊作者在Energy & Environmental Science、Advanced Materials、Advanced Energy Materials、Advanced Functional Materials、Nano-Micro Letters、Carbon Energy、Energy Storage Materials等學(xué)術(shù)期刊發(fā)表論文40余篇（其中ESI高被引論文24篇、封面論文15篇）。申請(qǐng)/獲授權(quán)發(fā)明專利11項(xiàng)（授權(quán)國(guó)際專利4項(xiàng)），制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)1項(xiàng)。入選美國(guó)斯坦福大學(xué)“全球前2%頂尖科學(xué)家”，先后獲國(guó)家林草局梁希林業(yè)科技進(jìn)步獎(jiǎng)、中國(guó)商業(yè)聯(lián)合會(huì)科技進(jìn)步獎(jiǎng)、美國(guó)工程化科學(xué)協(xié)會(huì)青年研究員獎(jiǎng)等。

司傳領(lǐng)，天津科技大學(xué)輕工學(xué)院及生物基纖維材料全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授、博導(dǎo)、科技處副處長(zhǎng)、全國(guó)青聯(lián)委員。入選國(guó)家“萬(wàn)人計(jì)劃”科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才、教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才、國(guó)家林草局科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才、天津市有突出貢獻(xiàn)專家、天津市特聘教授、天津市科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才等。入選ScholarGPS全球前0.05%頂尖科學(xué)家、科睿唯安“全球高被引科學(xué)家”、愛(ài)思唯爾“中國(guó)高被引學(xué)者”、美國(guó)斯坦福大學(xué)“全球前2%頂尖科學(xué)家”終身科學(xué)影響力和年度科學(xué)影響力榜單、Bentham Ambassador等。主要從事制漿造紙及生物質(zhì)資源高值化利用方面的教學(xué)研究工作。以第一或通訊作者在Energy Environ. Sci、Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater.等期刊發(fā)表論文200余篇（被引用>2.1萬(wàn)次，個(gè)人H指數(shù)77），授權(quán)國(guó)內(nèi)外發(fā)明專利50余項(xiàng)。先后主持國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題、國(guó)家自然科學(xué)基金、教育部、人社部、天津市重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、企業(yè)委托課題，研究成果獲教育部霍英東教育基金會(huì)高等院校青年教師獎(jiǎng)、國(guó)家林草局梁希林業(yè)科技進(jìn)步獎(jiǎng)、中國(guó)商業(yè)聯(lián)合會(huì)科技進(jìn)步獎(jiǎng)、中國(guó)輕工聯(lián)合會(huì)科技進(jìn)步獎(jiǎng)、中國(guó)產(chǎn)學(xué)研合作促進(jìn)會(huì)產(chǎn)學(xué)研合作創(chuàng)新成果獎(jiǎng)等。