纤维素基生物塑料长期以来一直被视为不可回收塑料的一种理想的替代品。由于缺乏强交联点以及单一的能量耗散机制，导致再生纤维素制品一直存在脆而弱的问题，从而限制了其广泛的应用。化学交联是再生纤维素制品增强增韧的有效手段，但存在损害纤维素可持续性、环境友好性的风险。纤维素多羟基特性具备高力学性能的潜力，然而，目前对再生和干燥过程中分子网络和晶畴的调控存在认知上的缺失。如何平衡再生纤维素膜的力学性能和可持续性成为了重大挑战之一。

  近期，四川大学高分子科学与工程学院李忠明教授/黄华东副教授团队受天然竹子的启发，提出了一种纯天然的超分子工程策略来构建强而韧的纤维素薄膜。首先构筑了一种疏松且可动态重排的无定形分子网络，使分子链能够自由调整位置。随后在拉伸场作用下致密化，诱导分子链重排，自组装形成高度取向、紧密堆叠的纳米纤维结构。取向的纤维能够最大化地传递应力，从而提升薄膜强度。而对于韧性来说，由于纤维素密集的氢键位点特性，导致纳米纤维在拉伸滑移过程中反复出现氢键破坏再重建的现象，类似于天然的“卡扣式自锁”机制，大量耗散能量，延缓了机械失效，从而提升韧性。最终，所制备的纤维素膜可达到176 MPa的高强度和6.82 MJ·m^-3的高韧性。更重要的是，这种薄膜完全由纤维素组成，无需额外添加高分子量聚合物或化学添加剂，为可持续、生物基塑料提供了一条真正绿色、安全的制备路线。

  该工作以“Kinetic Molecular Modulation of Highly-Aligned Self-Locking Nanofibers for Strong, Tough, and Transparent Bioplastic Films”为题发表在《Advanced Functional Materials》上（Adv. Funct. Mater. 2025, e20770）。文章第一作者是四川大学博士研究生陈施朋。该研究得到国家自然科学基金委的支持。

图1 强而韧的透明纤维素膜的制备

图2 拉伸场诱导纤维素水凝胶分子网络的链重排

图3 拉伸场调控纤维素链的自组装动力学

图4 高度取向的自锁纳米纤维结构的形成以及增强增韧机制

  该工作是团队近期关于生物塑料高性能化的最新进展之一。纤维素的溶液加工和再生一直是纤维素资源转化为高性能、高附加值材料的重点内容，但现有的溶剂溶解效率低、再生机制不明确为纤维素高性能材料的加工带来极大困扰。为此团队在过去两年中，开发了一种高效溶解天然纤维素的质子型离子液体体系，在温和条件下就能实现纤维素的高溶解度，提升溶解效率（Green Chem. 2023, 25, 9322-9334; SusMat 2024, 4, e238）。以该溶剂体系为基础，团队从分子到微观尺度，详细研究了纤维素的再生动力学，实现对纤维素分子网络简单高效的调控（Small 2025, 21, 2503486）。

  原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202520770