近日，kaiyun开云官方网页版林学学科群余雁教授团队在功能木材领域取得新进展。相关研究成果以“Heat-Triggered Cell-Wall Furfurylation Enables Ultrastable Wood Densification（热触发细胞壁糠醇化实现木材高稳定性密实化）”为题发表在国际纳米科学与材料领域权威期刊《ACS Nano》（美国化学学会纳米）。
我国人工林木材资源丰富，但存在密度低、强度和尺寸稳定性不足、产品附加值有限等问题。木材压缩致密化是提高人工林木材强度和刚度、实现资源高值化利用的有效途径。然而，木质化细胞壁刚性较大，高比例压缩容易引起开裂；同时，压缩过程中储存的内应力会在水分和热作用下释放，导致显著的压缩变形恢复。如何同时实现木材的高压缩比、长期结构固定以及强度与韧性的协同提升，是木材密实化研究领域长期面临的重大难题。针对这一难题，团队以人工林杉木为研究对象，研发新型复合催化体系，提出了“热触发细胞壁糠醇化（heat-triggered cell-wall furfurylation）”新策略，对木材压缩过程中的“塑化变形”与“聚合固化”进行时序调控。该催化体系在浸渍和热压初期保持相对温和，有利于糠醇进入细胞壁并促进塑化、降低压缩阻力；随着加热时间延长，催化活性逐渐增强，促进糠醇聚合并固定已发生大变形的木材细胞壁结构，从而形成“前期塑化促进变形—后期聚合锁定结构”的协同调控机制。
基于这一策略，在不进行脱木素处理的条件下，人工林杉木木材实现了高达69%的厚度压缩率，顺纹抗弯强度达到200.98 MPa，为未处理材的4.17倍；弯曲弹性模量达到23.34 GPa，是未处理材的5.62倍；冲击韧性也比未处理木材提高了34.9%，实现了高强度、高刚度与良好韧性的高效协同。尤为突出的是，该策略解决了传统高压缩木材在湿热环境下容易发生尺寸恢复的问题，经过多次浸水—干燥循环和95 ℃热水处理后，其变定恢复率仍低于0.5%，实现了近乎永久的压缩变形固定。同时，压缩木材具有优异的耐久性，防腐性能达到了强耐腐级，抗白蚁性能也高达9级。研究团队进一步利用固体核磁共振、ATR-FTIR化学成像以及SAXS/WAXS等多尺度表征手段揭示其作用机制，证实糠醇在热压过程中形成糠醇树脂，主要分布于细胞壁并与富木质素区域呈明显空间关联。同时，高比例致密化促进了纤维素微纤丝的紧密堆积和高度取向。
该研究在保留木材天然组分和多级结构的基础上实现材料性能升级，是继团队前期高强韧压缩木材研究工作（Chem. Eng. J., 2026, 543:178773）后，在功能木材研究领域取得的又一重要进展，为低值人工林木材向高性能、耐生物侵蚀工程结构材料转化提供了新路径。kaiyun开云官方网页版材料工程学院为论文第一和通讯作者单位。博士生黄闽凤为论文第一作者，已毕业硕士梁云辉为共同第一作者，余雁教授为主要通讯作者，张孝华副教授为共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金面上项目（32271790）的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1021/acsnano.6c04918
第一作者简介：
黄闽凤，2000年生，中共党员，安徽安庆人，kaiyun开云官方网页版材料工程学院博士研究生。主要从事木竹材料功能性改良研究，以第一作者在ACS Nano、Chemical Engineering Journal期刊上发表论文2篇。