澳门大学高萌/武汉大学陈朝吉/天科大刘洪斌《Chemical Reviews》综述：再生纤维素用于可持续电子器件

从天然纤维到电子器件

柔性传感器、可穿戴设备和便携式能源器件快速发展，电子产品更新换代带来的资源消耗与废弃物问题也日益突出。来源丰富、可再生的纤维素，为可持续电子材料提供了重要选择。然而，天然纤维素内部紧密的氢键网络和结晶结构限制了其溶解与加工。如何将其转变为形态可设计、性能可调控的功能材料，是连接生物质资源与电子器件的关键。

近日，澳门大学高萌、武汉大学陈朝吉、天津科技大学刘洪斌团队在《Chemical Reviews》发表题为“Regenerated Cellulose for Sustainable Electronic Devices”的综述文章。文章围绕再生纤维素（Regeneratedcellulose,RC），系统梳理其分子结构、溶解与再生机理、功能化策略、性能工程及电子应用，并从“结构—功能—应用”的逻辑出发，总结再生纤维素从材料构筑到器件实现的研究脉络。王晓娟、范蒙蒙、钱焕宇为共同第一作者，天津科技大学为第一单位。

与保留天然纤维结构的加工方式相比，RC通过“溶解—再生”过程打开天然纤维素的聚集结构，再将分子链重新组织为纤维、薄膜、水凝胶以及多孔气凝胶。这种结构重构赋予其溶液可加工性及结构调控空间，使其既能作为柔性基底，也能通过功能化参与导电、离子传输、能量存储和刺激响应。综述由此出发，将材料形成机制与器件功能联系起来。

图1 再生纤维素的“结构—功能—应用”一体化综述框架，涵盖溶解与再生、功能化、性能工程、可持续电子应用及未来展望。原文Figure 1。

图2 纤维素的多尺度结构特征及其溶解前后晶体结构演变。原文 Figure 2。

溶解与再生：从分子相互作用到结构重构

纤维素溶解需要溶剂克服链间相互作用，使分子链解离并获得稳定溶剂化。文章结合热力学与动力学，解释溶解的驱动力及溶剂渗透、扩散和结构解离过程，并从金属配位、氢键调控、聚电解质效应和疏水相互作用等角度，讨论铜氨、NMMO、离子液体、碱/尿素、深共熔溶剂及LiCl/DMAc等体系。不同体系在原料适配性、加工条件、回收方式和成本方面各有特点，其选择需要与目标材料及生产条件相匹配。

再生则涉及分子链脱溶剂化、氢键重建与聚集固化，通常伴随纤维素I向纤维素II的转变。凝固浴组成、溶剂交换速度和界面作用共同影响材料的结晶度、孔隙及取向。因此，溶解与再生不仅决定加工效率和宏观形态，也为后续性能调控奠定基础。不同溶剂体系各有适用条件，需要综合考虑原料特征、目标结构、加工能耗及回收方式。

图3 纤维素在不同溶剂体系中的溶解行为与分子机制。原文 Figure 6。

功能化与杂化：赋予纤维素多样电子功能

丰富的羟基和可调的聚集结构，为RC功能化提供了多种途径。综述将其归纳为直接功能修饰和功能材料杂化。前者包括结晶度与取向调控，以及酯化、醚化、氧化、接枝、交联和生物功能化等方法；后者通过引入碳纳米管、石墨烯、金属纳米材料、MXene或导电聚合物等组分，拓展RC的电子功能。

图4 再生纤维素交联策略示意图。原文 Figure 14。

文章进一步讨论导电、半导体和绝缘复合体系，说明RC可根据材料组合承担不同器件角色。其中，功能组分的分散、界面结合与空间分布，直接影响传输网络和结构稳定性。涂覆、沉积、共混、印刷及图案化等加工方法，则将材料设计与器件制造衔接起来。

图5 面向电子应用的RC基导电、半导体和绝缘复合体系。原文Figure 19。

性能工程：连接材料功能与器件需求

功能化之后，材料还需满足器件对力学、电学和光学性能的具体要求。文章专门讨论这三类性能的工程策略，建立从功能引入到性能调控的联系。力学性能可通过纳米填料增强、交联网络及再生取向调控改善，在强度、韧性和柔性之间取得平衡。电学性能取决于导电组分及网络连续性，可通过复合、图案化和后处理调节；碳化则提供制备RC衍生导电碳材料的途径。光学性能可通过控制孔隙、折射率差和结构有序性改善，并借助多层结构及功能组分调节干涉、吸收与发射。这些策略强调，性能设计应服务于目标器件，并协调不同指标之间的关系。

图6 再生纤维素的光学性能调控，包括散射、反射、干涉及光谱吸收与发射。原文Figure 23。

可持续性电子应用：从传感驱动到能源与电磁屏蔽

RC的结构与功能可调性，使其能够用于多类电子器件。在传感器中，材料变形、吸水或界面作用引起的电学变化，可用于压力、湿度及化学信号检测，为人体运动监测和柔性电子皮肤提供基础。在能源领域，RC可作为摩擦纳米发电机的功能层，将机械运动转化为电能；也可作为超级电容器和电池的电极支架、电解质载体、隔膜或离子传导骨架。通过金属离子配位调节链间结构、构建离子传输通道，进一步体现了分子设计对储能功能的贡献。此外，吸湿与脱湿、光热转化或电场下的离子迁移可引起材料形变，用于柔性驱动器。RC与导电或磁性组分结合后，还可利用导电网络、极化损耗及多孔结构衰减电磁波，实现轻质柔性电磁屏蔽。

总结与展望

这篇综述将RC的分子结构、溶解与再生、功能化、性能工程和电子应用联系起来，为理解加工过程如何影响器件功能提供了系统视角。面向实际应用，文章将主要挑战与未来方向逐一对应：以机理研究提高再生与加工的可控性；通过材料与界面设计改善湿敏性、长期稳定性及安全性；推进系统集成，开展面向应用的性能、寿命和成本比较；发展连续制造、溶剂回收及便于拆解的器件结构。同时，RC的天然来源和基体可降解性，并不直接代表整个复合器件的可持续性。溶剂、加工能耗、功能填料与封装层均需纳入评价。未来应将持续稳定性与使用结束后的回收、降解路径共同考虑，推动RC基电子器件向可靠、可制造和可循环的实际应用发展。

澳门大学高萌招收全奖博士研究生（柔性电子方向）

澳门大学应用物理 及材料工程研究院（IAPME）博士项目现正招收2027学年全日制博士研究生。该项目为跨学科研究项目，将科学与工程领域紧密结合。具体招生信息如下：

一、导师简介

高萌博士，澳门大学应用物理及材料工程研究院助理教授、博士生导师，天津市青年科技人才。本科毕业于北京化工大学，博士毕业于中国科学院化学研究所，师从宋延林研究员；后在美国加州大学洛杉矶分校（UCLA）开展博士后研究，合作导师为裴启兵教授；曾任天津科技大学副教授。主要从事表皮电子、柔性电子、人机交互、脑电信号监测及界面粘附工程等方向的研究。以第一作者或通讯作者身份在 Chemical Reviews、Nature Communications、Matter、Advanced Materials、ACS Nano 等国际期刊发表论文。

更多信息请访问主页：

https://iapme.um.edu.mo/people/academic-staff/gao-meng/

二、招生要求

• 学科背景：高分子材料、材料科学、生物工程、电子工程或相关学科的学士或硕士学位。

• 英语能力：英语六级、托福、雅思等有效成绩，或学士/硕士阶段以英语为教学语言。

• 学术背景：985、双一流、211 或其他海内外知名院校背景优先；具有第一作者论文者优先。

• 科研能力：具有较强的科研主动性、创新意识和独立解决科学问题的能力。对柔性电子、界面工程、脑机接口等相关方向感兴趣。

奖学金

录取的博士生将根据学历和学术成就获得澳大奖学金（每月12,500至14,000澳门元，4年）或澳大濠江博士生奖学金（每月20,000澳门元，4年）。

三、申请方式

有意申请者请将以下材料发送至邮箱：gaomeng@um.edu.mo

• 邮件标题：“PhD application_Undergraduate University_Name”；

• 邮件内容包含：个人简历、英文能力证明、本科成绩单、代表性论文（如有）

申请流程： 导师初步面试 → 澳门大学线上申请 → 学院/学校统一面试。建议有意申请者尽早联系并提交材料。注：沟通确认后，再进行网上报名。报名渠道：https://grs.um.edu.mo/index.php/prospective-student/recommended-direct-admission/?lang=zh-hant