在“双碳”战略与柔性电子技术蓬勃发展的时代背景下，寻找绿色、可再生、且具有良好力学柔韧性的基底材料成为材料科学领域的热点。竹材，作为一种生长迅速、产量巨大、机械强度高的天然生物质资源，逐渐进入了产业界的视野。尤其是当竹材被处理为微纳米尺度的粉体纤维时，其高长径比、丰富的羟基官能团以及优异的结构可设计性，可通过导电功能化改性，在传感器、超级电容器、柔性电路板柔性电子器件中展现出巨大的应用潜力。

然而，原生竹材由于含有大量的木质素，呈现出脆性高、易开裂、易发霉、功能单一等缺陷。因此，要实现竹纤维的导电功能化改性之前，必须对其进行预处理。

竹纤维的预处理

竹材主要由纤维素、半纤维素、木质素、少量淀粉、果胶等多糖类物质以及钙、镁、铁等无机微量元素组成。从微观结构来看，竹材中的纤维素大分子链聚集 成有序排列的微纤丝构成了竹材的骨架；而木质 素作为“交联剂”，与纤维素、半纤维素之间通过共 价键作用紧密相连，形成了牢固的三维网络结构。在该结构中，木质素虽然在植物生长中起到了刚性粘结剂的作用，但在电子器件应用中，它却阻碍了纤维的柔韧性、限制了化学改性的反应位点，并因吸湿性差且易滋生微生物，导致材料在湿热环境下的服役寿命大打折扣，因此，在竹纤维的导电功能化改造中，脱除木质素是至关重要的第一步。

竹材的微观结构（来源：网络）

目前，木质素的脱除主要有以下方法：

1、蒸煮法

蒸煮法是使用NaOH等强碱在高温高压的环境下进行脱木质素处理。其中，NaOH与亚硫酸钠 （Na₂SO₃）混合蒸煮是最经典且高效的体系之一。NaOH可在高温下破坏木质素的醚键和碳-碳键等，削弱其与纤维素、半纤维素的结合，破坏其大分子结构，使其变为更易脱 除的小分子；而亚硫酸盐（如Na₂SO₃）则可在碱性环境中生成亚硫酸根离子（SO₃²⁻）和亚硫酸氢根离子（HSO₃⁻），并与木质素分子中的活性位点发生亲电加成反应，引入磺酸基（-SO₃H），显著增加木质素的亲水性，使木质素大分子更易溶解于水相。

NaOH/Na₂SO₃体系的脱木质素原理（来源：参考文献）

除了该体系，NaOH/亚氯酸钠（NaClO₂）体系也是一种常用的处理体系，NaClO₂具有较强的漂白作用，可以破坏木质素的发 色基团，提高纤维的白度，可用于制造透明竹材。

总之，以NaOH为主要处理试剂的蒸煮法脱除效率高，适合工业化生产，但由于需要高温条件，生产能耗较高，且对于粉体纤维，需严格控制处理时间、温度以及PH值，避免纤维素因长时间暴露在高温碱性环境中而过度水解。

2、氧化法

在竹纤维的预处理工艺中，氧化法因其高效、环保、操作简便的特点，成为脱除木质素的主流方法之一。通常，氧化法采用H₂O₂等氧化剂作为主要试剂，并在碱性或者酸性条件下使其发生分解，产生具有强氧化性的羟基自由基（·OH） 及超氧阴离子（·O2-）等活性物质，这些活性氧物种能够攻击木质素的芳香环结构和侧链的碳-碳双键，导致木质素大分子的醚键（尤其是β-O-4键）断裂，将其降解为可溶性的小分子片段，从而与纤维素分离并溶解进入处理液。

通常，双氧水氧化脱木质素的效率与介质的pH值密切相关。在酸性或中性条件下，双氧水相对稳定，氧化作用较弱；而在碱性条件下，双氧水分解加速，生成大量过氢氧根离子（HOO⁻），脱木质素效果显著增强。

3、低共熔溶剂（DES）法

低共熔溶剂（DES）由特定比例的氢键供体（HBD，如酰胺、羧酸和多元醇等化合物）和氢键受体（HBA，如季铵盐）组成。在特定条件下，HBD与HBA通过强氢键作用形成低熔点的共晶混合物。该溶剂能与竹纤维中的木质素发生氢键相互作用，破坏木质素分子内的氢键网络及木质素与纤维素、半纤维素之间的氢键连接，使木质素溶解于溶剂中，从而实现脱除。

相比蒸煮法和氧化法，低共熔溶剂脱除的木质素可回收再利用，且部分低共熔溶剂体系能保留木质素的活性结构（如β-O-4键），有利于后续将木质素转化为高附加值产品，同时，约90%的低共熔溶剂可通过简单方法（如真空蒸馏、萃取）回收再利用，降低生产成本和环境负担。不过偶，部分低共熔溶剂的原料成本较高，且在大规模工业化应用中，需解决溶剂回收、废液处理等问题，目前尚未完全实现低成本、高效率的规模化生产。

竹材的导电功能化改性

脱除木质素后的竹纤维粉体（即竹纤维素粉体）是绝缘体。为了使其具备导电能力，必须引入导电介质。根据导电机制的不同，主要分为离子导电和电子导电两大类功能材料。

1、离子导电竹纤维功能材料

离子导电竹纤维功能材料是利用竹纤维网络丰富的孔道与良好得力学性能作为天然的生物质模板，并利用纤维素所富含的羟基，通过浸渍、接枝聚合、离子交换等方化学改性法将离子导体嵌入竹材的孔隙或纤维表面，形成离子传输通道，实现导电。

通常离子导电竹纤维功能材料的电导率通常较低，一般在毫西门子/厘米（mS/cm）量级，但其引入的材料对竹材机械性能影响较小，通常能保持较好的柔韧性和机械强度，适合柔性电子应用。

以硼砂作为交联剂，将纳米竹纤维素与PVA交联复合形成双网络水凝胶离子导电材料

2、电子导电竹纤维功能材料

经过脱木质素预处理之后的竹纤维形成了比天然竹材更大的比表面积，暴露了更多的羟基（-OH）等活性位点，亲水性更强，更易与无机导电材料进 行复合，可通过涂层、填充、原位聚合或原位还原等方法，将石墨烯、碳纳米管、金属纳米颗粒等导电材料与竹纤维结合，构建电子传导网络，达到西门子/厘米（S/cm）量级的电导率，适合需要高导电性和电磁性能的应用。

导电竹纤维与还原氧化石墨烯（rGO）及多壁碳纳米管（MWCNTs）制备的多层复合膜 

小结

竹材作为一种绿色、可再生且力学性能优异的天然生物质资源，在“双碳”战略与柔性电子技术深度融合的时代背景下，正展现出作为电子基底材料的巨大潜力。但在对其导电功能化改性前，需通过蒸煮法、氧化法及低共熔溶剂法等合理的预处理手段，有效脱除木质素，显著提升竹纤维的柔韧性、化学可修饰性及环境稳定性，为其功能化改性和高值化利用奠定坚实基础。之后，再通过离子导电与电子导电改性策略，使得竹纤维材料在实现高效导电功能的同时，兼顾了力学柔韧性与结构可设计性，为传感器、超级电容器、柔性电路板等柔性电子器件的绿色制造提供了可行方案。

参考文献：

王锴,杨洋,叶剑,等.竹纤维导电功能化改性及其在柔性电子领域应用的研究进展[J].中国造纸学报.

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