1研究背景
透明薄膜在光电子学和微流体器件中应用广泛，传统材料如玻璃和塑料虽性能稳定，但均为各向同性，无法实现定向光传输或液体导向。近年来，纤维素纳米纤维（CNFs）因其可降解性和高机械强度成为研究热点，但现有制备方法复杂、能耗高，且会破坏天然木材中CNFs的定向排列。本研究提出了一种简单高效的方法，通过脱木质素和机械压制，直接将木材转化为各向异性的透明薄膜。这种薄膜不仅保留了天然木材中CNFs的定向排列，还展现出优异的光学、机械和液体传输性能，为绿色电子和微流体器件开辟了新路径。
2本文要点
1.简单高效的制备工艺。通过两步法（脱木质素+机械压制）将木材转化为透明薄膜，保留了天然木材中CNFs的高度定向排列，工艺简单且能耗低，适合规模化生产。
2.卓越的各向异性性能。薄膜在定向光传输中透光率高达90%，光强比达350%；机械强度达350 MPa，是随机排列CNFs薄膜的3倍；还能实现液体的定向传输，为微流体器件设计提供了新思路。
3.多领域应用潜力。研究团队展示了基于该薄膜的电解质门控MoS₂晶体管，通过定向液体传输触发电路，验证了其在柔性电子和微流体器件中的实际应用潜力。
图1.木材通过脱木质素和机械压制两步法转化为透明薄膜的示意图及实物照片
图2.脱木质素木材和透明薄膜的微观结构表征，显示CNFs的定向排列
图3.薄膜各向异性液体传输性能及在MoS₂晶体管中的应用演示
图4.薄膜的各向异性光学和机械性能测试结果
图5.通过调整木材切割方向调控薄膜CNFs排列角度的实验与模拟结果
研究结论
本研究首次通过脱木质素和机械压制，成功将天然木材转化为各向异性透明薄膜，并保留了CNFs的定向排列结构。这种薄膜在光学、机械和液体传输性能上表现出显著的各向异性，透光率高、机械强度优异，并能实现液体的定向传输。分子动力学模拟揭示了CNFs排列对力学性能的增强机制。此外，研究团队还演示了该薄膜在微流体触发电路中的应用，展现了其在绿色电子和纳米流体器件中的广阔前景。这项技术简单、高效且环保，为可持续功能材料的开发提供了新思路。
4文章信息
Mingwei Zhu, Yilin Wang, Shuze Zhu, Lisha Xu, Chao Jia, Jiaqi Dai, Jianwei Song, Yonggang Yao, Yanbin Wang, Yongfeng Li, Doug Henderson, Wei Luo, Heng Li, Marilyn L. Minus, Teng Li, Liangbing Hu*. Advanced Materials, 29, 1606284 (2017).
https://doi.org/10.1002/adma.201606284
