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  木材是人類最古老的材料之一，千百年來，主要應用在家具、人造板、建筑等傳統領域中。隨著木材科學與材料科學的逐步發展，木材自身的潛力逐步被研究人員挖掘出來，透明木材的問世則進一步顛覆人們對木材的認知。目前，透明木材的制備不管是采用甲基丙烯酸甲酯預聚物還是環氧樹脂浸入脫除木質素的木材骨架結構中，制備得到的透明木材都是剛性材料，極大地限制了這種材料在柔性電子、可穿戴器件等柔性領域的應用。如何進一步突破木材的高附加值，是木材科學和材料科學研究人員共同追求的目標。

  夜光蟲是一類生活在海水中的原生動物，它們在夜間由于海水波動的刺激能發光。受到海邊夜光蟲機械刺激發光功能的啟發，中國林科院木材所研究人員研制出具有發光和電容雙響應的超柔性透明木材電子皮膚，該電子皮膚采用40秒固化成型的超柔性透明木材薄膜為透明電極材料，此項研究成果發表在國際期刊Chemical Engineering Journal（影響因子IF=13.27，DOI：10.1016/j.cej.2021.132152），同時還收到封面論文發表的邀請，本文第一作者是唐啟恒副研究員，鄒淼博士研究生、常亮副研究員參與本項工作，郭文靜研究員是本文通訊作者。

Figure 1 超柔性透明木材電子皮膚應用示意圖

  當前制備透明木材通常采用輕木為原材料，輕木雖然具有天然的優勢，但這種木材主要盛產美洲。速生楊是我國重要的經濟林樹種，生長快、產量高，如果能得到更高附加值的應用，對我國木材產業的發展將具有重要的意義。

  眾所周知，環氧樹脂分子結構中具有大量羥基官能團，正是這個基團使得研究人員可以通過高分子化學這把“手術刀”對環氧樹脂分子結構進行調整，從而賦予其更多的性能。前期，研究小組人員正是基于這個角度考慮，采用柔性聚氨酯預聚物對環氧樹脂進行改性，從而制備出柔性的環氧樹脂，再將其浸漬入脫除木質素的薄片木材骨架結構中，固化得到的透明木材具有很好的柔性，于是研究小組提出“柔性透明木材”的概念，并將柔性透明木材制成薄膜，探索將其應用于柔性透明電極、手機屏幕等領域中（Nanoscale，2018,10,4344-4353），柔性透明木材已經獲得國家授權發明專利。

  基于前期基礎，研究小組人員將聚乙二醇二丙烯酸酯柔性材料浸入脫除木質素的超薄型楊木骨架中，開發紫外照射40秒固化的超柔性透明木材薄膜，將該薄膜作為透明電極，與含有ZnS：Cu（電致發光材料）的金字塔結構陣列的聚二甲基硅氧烷（PDMS）膜敏感層，按三明治結構組裝成兼具發光和電容響應的雙模式超柔性透明木材電子皮膚。

Figure 2 超柔性透明木材電子皮膚制備過程

  電子皮膚是模仿生物皮膚（人或者其他生物體）感知周圍環境并對環境刺激進行實時響應的傳感器，傳感器可將刺激轉換成信號指導受體模仿生物做出相應的動作。電子皮膚一般采用聚二甲基硅氧烷（PDMS）這種材料作為柔性透明電極，然而這種材料因為PDMS質地過于柔軟，在外界輕微壓力刺激下即可變形，從而不能將輕微壓力傳遞給電子皮膚敏感層，從而大大降低這種材料的低壓敏感性。采用柔性環氧樹脂制備的柔性透明木材薄膜雖然具有一定的柔韌性（彎曲直徑11mm），但是應用于電子皮膚領域，其柔韌性仍然不夠。于是，研究小組人員選擇聚乙二醇二丙烯酸酯替代柔性環氧樹脂，可制得超柔性透明木材薄膜，其彎曲直徑為2mm。薄膜內部結構中的木材骨架又賦予其一定程度的剛性，從而非常有利于將輕微壓力傳遞給敏感層。

Figure 3 超柔性透明木材電子皮膚電極層、敏感層以及組裝示意圖

  該電子皮膚的工作原理是：當皮膚表層受到外界壓力刺激時，透明木材薄膜在壓力作用下擠壓金字塔結構，因為柔性透明木材薄膜質地比PDMS硬，因此該材料可以很好低將輕微壓力傳遞給敏感層，壓力下雙側電極間距變小，電容發生變化，從而賦予其很好的電容敏感性；此外，當雙側電極間距變小時，在外電場激發下，ZnS：Cu可發光，壓力越大，發光強度越強，從而賦予其很好的發光敏感性。

  在輕微壓力作用下（5<kPa），電子皮膚的電容發生顯著的變化，其低壓敏感性高達1.01 kpa^-1；當壓力為5-80 KPa時，電容變化敏感性降低，而透明木材電子皮膚的發光敏感性顯著增強，因此具有很好的中壓敏感性（1.28 KPa^-1）；當外界壓力作用于人體組織時，人體感受到疼痛時壓力約為80 KPa，該電子皮膚在大于80 KPa壓力下還保持0.15 KPa^-1的敏感性，顯示出較好的疼痛感知性能。

Figure 4 超柔性透明木材電子皮膚刺激響應機理

Figure 5 超柔性透明木材電子皮膚的敏感性能以及應用

  超柔性透明木材電子皮膚的研制，進一步推動了木材的高附加值利用，也為電子皮膚綠色化發展提供良好基礎。該項工作得到國家自然科學基金（31800484）項目的支持。

  研究小組長期以來對透明木質類材料開展大量研究，目前還研制出快速制備大幅面透明木（竹）材、高強度透明木（竹材）、超薄透明木材、柔性透明竹材等一系列新型木基復合材料。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.132152