面对日益严峻的能源危机与环境污染，寻找替代石油基材料的可持续方案成为全球共识。纤维素，作为地球上最丰富的天然高分子，在功能性三维结构构筑中展现出巨大潜力。近日，来自不列颠哥伦比亚大学姜锋教授团队在《Advanced Functional Materials》上发表综述文章，系统总结了基于纤维素的液态凝胶与多孔材料的最新研究进展，重点讨论其在柔性电子、热管理和水收集等领域的创新应用。

  随着可持续材料研究的迅猛发展，构筑具有功能性的三维（3D）结构成为推动绿色科技的关键一环。相比传统石油基聚合物材料，天然纤维素因其结构多样性、生物降解性和表面官能化能力，成为打造功能性3D材料的理想候选者。

  本综述文章聚焦于两大类基于纤维素的3D结构：液态凝胶（如水凝胶、离子凝胶）与多孔材料（如气凝胶、泡沫）。作者通过结构-性能-功能的视角，梳理了各类材料的设计策略与应用前景。

图1：纤维素3D结构的构建与应用

  凝胶方面，文章介绍了纤维素纳米纤维（CNFs）与纳米晶（CNCs）在凝胶体系中作为增强剂、分散剂及主体骨架的多重角色，并探讨了通过溶剂系统调控所得凝胶的导电性、耐低温性和可拉伸性能。

图2. 纤维素在构建凝胶体系中的不同角色

  多孔材料方面，文章重点展示了通过定向冷冻、溶剂置换、3D打印等手段构建结构可控、光学透明或具弹性回复能力的纤维素多孔网络。尤其是在气凝胶方向，作者总结了多种策略用于实现纤维排列精细化和孔径调控，使得所得材料兼具高透光率和优良力学性能。

图3. 透明纤维素3D多孔网络的构建

  基于上述结构设计，纤维素3D结构在多个前沿领域表现出巨大潜力。例如：

• 柔性电子：可拉伸、导电凝胶用于穿戴式传感器；
  

• 热管理：透明气凝胶作为隔热材料，兼具轻质与高效；
  

• 水收集与湿度调节：结合盐类吸湿剂实现高效大气水捕集。

  该文为构建基于纤维素的功能性三维材料提供了系统的结构设计策略与性能优化路径。未来，结合动态交联、结构分级构建与先进制造技术，有望推动纤维素3D材料在智能可穿戴、生物医学、能源与环境等领域的广泛应用。

  该综述文章以题为“Transforming Cellulose Into Functional Three‐Dimensional Structures” 的研究成果，近日发表在国际著名期刊《Advanced Functional Materials》（DOI: 10.1002/adfm.202504778）上。文章由不列颠哥伦比亚大学（University of British Columbia）Sustainable Functional Biomaterials Lab博士生（Xia Sun）和访问博士生（Hao Sun）担任第一作者，姜锋（Feng Jiang）教授为唯一通讯作者。

  作为该课题组在可持续功能材料研究方向的重要积累，该工作延续了团队在天然高分子结构调控与功能集成方面的持续探索。近年来，姜教授团队已在该领域发表多篇高水平论文，持续推动绿色材料在多场景中的应用转化。

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  Advanced Materials, 2024, 36(1): 2306653.

  新型高强度水凝胶

  Advanced Materials, 2024, 36(25): 2400084.

  微相分离水凝胶

  Advanced Materials, 2025, 37(7): 2416916.

  超拉伸纤维素水凝胶：

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  纤维素基离子导体综述，

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  糖析法制备水凝胶，

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  全纤维素基水凝胶胶黏剂，

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  仿生环境响应性异质结构水凝胶,

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  用于离子皮肤的高环境稳定性离子凝胶,

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  界面工程制备的液态金属水凝胶,

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  绿色方法制备纤维素基水凝胶，

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  纳米纤维素本征性能对于水凝胶性质的提高

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