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  液態金屬憑借其自愈合、良好生物相容性、優異流動性以及粘附性等多功能特性在柔性電子、生物醫學和儲能材料等前沿研究領域快速興起。然而，液態金屬在實際應用過程中也面臨著表面易氧化以及流動性難精確控制等諸多挑戰。因此，需要對液態金屬的不同特性進行精確調控，以實現更高效的應用性能調控。木質纖維素中豐富的羥基、羧基和其他極性基團能夠與液態金屬形成強化學鍵，從而增強復合材料的潤濕性、粘附性和界面相容性。在復合材料體系中，木質纖維素的作用不僅局限于充當支撐基質，還具有靈活的功能可調性，能夠根據不同的應用需求，對復合材料的微觀界面和結構進行優化。通過這種定制化操作，復合材料能夠彌補單一液態金屬材料的不足，并充分發揮木質纖維素以及液態金屬的優勢，更好地適應多樣化的應用場景，具有廣泛的應用潛力。在該工作中，天津科技大學司傳領、朱禮玉、王冠華和徐婷教授對木質纖維素/液態金屬復合材料的功能化調控做了全面和系統研究。文章首先對液態金屬的理化特性進行了系統梳理，然后詳細分析了木質纖維素調控液態金屬的優勢和特點，重點闡釋了3D打印、封裝、共混等功能化的調控策略。此外，該工作還詳細討論了木質纖維素/液態金屬復合材料在柔性傳感、儲能以及光熱轉換領域的最新應用。最后，對木質纖維素/液態金屬復合材料的功能化調控面臨的挑戰與未來發展前景做了充分展望，為木質纖維素/液態金屬復合材料在前沿領域的應用提供了新視角。該成果以題為“Lignocellulose-Mediated Functionalization of Liquid Metals toward the Frontiers of Multifunctional Materials”發表在《Advanced Materials》（中科院一區，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2023級博士研究生李威為該論文第一作者，司傳領、朱禮玉、王冠華以及徐婷教授為通訊作者，天津科技大學為唯一單位。

圖1.論文被遴選為《Advanced Materials》封面文章

1. 木質纖維素/液態金屬復合材料的功能化調控發展歷程

  木質纖維素是一種廣泛存在于植物細胞壁中的天然聚合物復合體，具有優異的機械強度、熱穩定性和生物相容性等特征。木質纖維素可以通過多維度的物理/化學反應調控液態金屬的微納結構、表面特性和界面動力學。同時，木質纖維素的網狀結構還可以限制液態金屬的流動性，有利于形成穩定的微分散結構，從而增強復合材料結構穩定性。而液態金屬的優異導熱性和電磁屏蔽性能也可以賦予木質纖維素基底新的功能。這種雙向調控的方法拓寬了木質纖維素/液態金屬復合材料的潛在應用。因此，木質纖維素作為一種天然高分子材料，其獨特的結構和特性為有效調控液態金屬提供了可行的途徑，有助于實現復合材料性能的精確設計和工程控制，進而開發出滿足不同應用需求的高性能功能復合材料（圖2）。

圖2.木質纖維素/液態金屬復合材料的功能化調控的發展歷程

2. 液態金屬的理化特性

  液態金屬獨特的物理化學性質使其在柔性電子、生物醫學和儲能等領域有廣泛應用（圖3）。然而，液態金屬材料的表面易氧化以及對液態金屬流動性的精確控制等在實際應用過程中也面臨著挑戰。利用微流體技術、超聲波處理等手段可以精確調控液態金屬的流動性和分散性，從而實現更高效的應用性能調控（圖4）。

圖3. 液態金屬的理化特性

圖4.液態金屬的功能化調控策略

3. 木質纖維素調控液態金屬的優勢

  木質纖維素是一種豐富且可再生的綠色生物質資源。木質纖維素調控液態金屬的優勢在于其豐富的極性基團能夠與液態金屬表面形成強化學鍵，從而增強潤濕性和粘附力，提高界面相容性（圖5）。作為支撐基質，木質纖維素通過物理和化學方法優化復合材料的微結構，從而適應不同應用需求。具體而言，木質纖維素的網狀結構能夠限制液態金屬的流動性，形成穩定分散結構，從而增強尺寸穩定性和形狀保持性。作為天然聚合物，木質纖維素具有生物相容性和環境友好性，符合可持續發展要求。這些優勢使木質纖維素調控的液態金屬復合材料在電磁屏蔽、柔性傳感、能量存儲等領域具有廣泛應用前景。

圖5. 木質纖維素的理化特性

4. 木質纖維素/液態金屬復合材料的功能化調控

  目前，基于木質纖維素調控液態金屬的方法可分為3D打印、封裝、共混和交聯聚合等（圖6）。這些功能化調控策略可以用于構建具有不同微納結構和形貌的木質纖維素/液態金屬復合材料，從而極大拓展了木質纖維素/液態金屬復合材料的前沿應用空間。

圖6.木質纖維素/液態金屬復合材料的功能化調控策略

5. 木質纖維素/液態金屬復合材料的功能化應用

  作為一種新興的多功能材料，木質纖維素/液態金屬復合材料以其獨特的流體和金屬性質，不僅衍生出許多豐富的物理化學性質，而且為現代材料科學的發展提供了廣闊的研究空間。本章節系統討論了木質纖維素/液態金屬復合材料在電磁屏蔽、柔性傳感和能量存儲等領域的應用（圖7）。首先介紹了木質纖維素調控液態金屬復合材料在電磁屏蔽領域的應用，其內部構建的連續導電網絡賦予了材料高導電性，這一特性是提高電磁屏蔽效率的關鍵；其次，闡述了其在柔性傳感器領域的應用，基于其柔韌性，材料能夠適應各種復雜的形變，而良好的導電性則確保了傳感器對外部物理量變化的高靈敏度響應；接著，描述了這些材料在能量存儲設備中的應用，其特殊的結構和性能有助于提高能量存儲設備的充放電效率、循環穩定性和能量密度；最后，概述了木質纖維素/液態金屬復合材料在光熱轉換領域的應用，液態金屬和木質纖維素協同作用，能夠高效吸收光能，并將其轉化為熱能。這種優異的光熱轉換能力使得該復合材料在太陽能利用、光熱治療等領域具有廣闊的應用前景，為解決能源和醫療領域的相關問題提供了新的思路和方法。

圖7.木質纖維素/液態金屬復合材料的功能化應用

圖8. 木質纖維基/液態金屬復合材料在未來應用中可能面臨的挑戰及其解決方案

  本文系統討論了木質纖維素/液態金屬復合材料的功能化調控策略以及未來可能面臨的挑戰及其解決方案。雖然目前這種復合材料在材料的制備工藝，結構設計以及終端應用等方面還有提升的空間（圖8），但隨著對木質纖維素/液態金屬復合材料調控技術的進一步深入研究以及新應用不斷涌現，相信這些復合材料的應用前景將更加廣闊，有望在更多領域替代傳統材料，推動相關產業的升級換代。

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

作者簡介

李威，天津科技大學2023級博士研究生。主要研究方向為木質素衍生功能材料在儲能以及光熱領域的應用。獲中國商業聯合會科技進步一等獎、國家留學基金委資助項目、天津科技大學優秀博士學位論文創新資助項目、天津科技大學碩士研究生優秀學位論文、天津科技大學研究生“十佳學術之星”、兩次獲得研究生國家獎學金等榮譽。目前以第一作者在Advanced Materials、Advanced Energy Materials、Carbon Energy、Nano Energy等期刊發表論文10余篇（其中ESI高被引論文7篇，ESI熱點論文1篇，封面論文2篇）。申請/獲授權發明專利4項（其中授權國際專利2項）。

朱禮玉，天津科技大學講師。主要從事木質纖維素化學和紙基功能材料的相關研究。受邀擔任高水平學術期刊《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等期刊發表論文20余篇。研究成果獲2024年中國商業聯合會科技進步一等獎、2024年SGCE青年研究獎、2023年北京膜學會杰出青年成果獎等榮譽。

王冠華，天津科技大學輕工學院及生物基纖維材料全國重點實驗室特聘教授，研究員，博士生導師，主要研究方向為木質素化學及功能利用。入選天津市青年人才托舉工程，天津市創新人才推進計劃青年科技優秀人才，天津市青年科技人才科技成果孵化轉化PLUS培育計劃，2024年度全球前2%頂尖科學家榜單，獲天津市優秀青年科技工作者及全國創新創業優秀博士等榮譽稱號。先后獲批國家自然科學基金面上/青年基金，天津市自然科學基金重點項目等國家及省部級項目；以第一或通訊作者在Angew. Chem. Int. Ed., Advanced Materials、Advanced Energy Materials和Coordination Chemistry Reviews等高水平期刊發表論文70余篇，其中，ESI熱點/高被引論文8篇，封面論文6篇；授權發明專利12項，主持制訂團體標準1項。研究成果獲國家林草局梁希林業科技進步獎、中國商業聯合會科技進步獎、中國輕工聯合會科技進步獎、中國產學研合作促進會產學研合作創新成果獎等。

徐婷，天津科技大學輕工學院及生物基纖維材料全國重點實驗室教授、博導、德國洪堡學者、國家高層次青年人才、中國科協青年人才托舉工程（中科協資助）入選者、中國未來女科學家計劃候選人。2020年于北京化工大學獲博士學位，同年入職天津科技大學。任《eScience》《Innovation》《Advanced Fiber Materials》《Rare Metals》等SCI收錄中科院一區期刊及《中國造紙》《中國造紙學報》《林業工程學報》等中文核心期刊（青年）編委。研究方向包括紙基先進功能材料、纖維素納米材料的可持續制備及先進納米生物質復合材料等。先后主持國家自然科學基金、國家重點研發計劃子課題、中央引導地方科技發展項目、天津市自然科學基金重點項目、企業橫向項目等10余項。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等學術期刊發表論文40余篇（其中ESI高被引論文24篇、封面論文15篇）。申請/獲授權發明專利11項（授權國際專利4項），制定行業標準1項。入選美國斯坦福大學“全球前2%頂尖科學家”，先后獲國家林草局梁希林業科技進步獎、中國商業聯合會科技進步獎、美國工程化科學協會青年研究員獎等。

司傳領，天津科技大學輕工學院及生物基纖維材料全國重點實驗室教授、博導、科技處副處長、全國青聯委員。入選國家“萬人計劃”科技創新領軍人才、教育部新世紀優秀人才、國家林草局科技創新領軍人才、天津市有突出貢獻專家、天津市特聘教授、天津市科技創新領軍人才等。入選ScholarGPS全球前0.05%頂尖科學家、科睿唯安“全球高被引科學家”、愛思唯爾“中國高被引學者”、美國斯坦福大學“全球前2%頂尖科學家”終身科學影響力和年度科學影響力榜單、Bentham Ambassador等。主要從事制漿造紙及生物質資源高值化利用方面的教學研究工作。以第一或通訊作者在Energy Environ. Sci、Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater.等期刊發表論文200余篇（被引用>2.1萬次，個人H指數77），授權國內外發明專利50余項。先后主持國家重點研發計劃課題、國家自然科學基金、教育部、人社部、天津市重點研發計劃、企業委托課題，研究成果獲教育部霍英東教育基金會高等院校青年教師獎、國家林草局梁希林業科技進步獎、中國商業聯合會科技進步獎、中國輕工聯合會科技進步獎、中國產學研合作促進會產學研合作創新成果獎等。