在现代科技领域，随着环保和可持续发展要求的不断提升，生物质材料逐渐成为替代传统石化材料的热门选择，尤其在高分子材料的研究中，如何利用生物质资源来制备具有优异光学和机械性能的材料，一直是研究的焦点。光学管理薄膜作为一种关键材料，在有机发光二极管（OLED）、太阳能电池、触摸屏电极、光学传感器以及节能建筑等众多领域中有着广泛应用。然而，传统的光学管理薄膜多使用不可生物降解且不可再生的石油基聚合物或厚重易碎的玻璃作为基底，不仅高能耗，而且对环境造成污染。因此，寻找一种可再生、环境友好且性能优异的材料来制备光学管理薄膜，成为当前科学领域亟待解决的一大难题。
近日，西南林业大学徐开蒙教授和国际竹藤中心钟土华副研究员合作，以巨龙竹薄壁细胞（PC）和竹纤维（BF）为原料，采用高强度超声、高速搅拌和微射流均质3种方法，对竹材不同成分进行琥珀酸酯化和机械解纤化处理，获得具有可调雾度、抗眩光性、可持续多尺度的微/纳米纤维素光学管理膜（图1）。
图1 各种机械解纤的机理及其对MNC薄膜光学性能的影响通过调整微/纳米纤维素的比例，获得具有可调雾度的可持续多尺度光学管理膜。通过化学分析和XRD测量，研究了PC和BF在处理前后的化学组成和结晶度变化。结果表明，处理后的纤维素含量显著增加，木质素几乎完全去除，并且BF的结晶度和平均聚合度高于PC。此外，通过观察了微/纳米纤维素的微观形貌发现，PC的微尺度纤维素表现为薄壁颗粒或块状结构，而BF则呈现细长和结节状的纤维。两者的纳米尺度纤维素直径均较小（图2）。
AFM图像显示，与微米级纤维素相比，所有纳米级纤维素均呈现出长、窄且柔性良好的纳米纤丝形态。经过高强度超声破碎、高速搅拌和微流化均质处理后，PC基和BF基纳米纤维素的平均粒径分别为2.13nm、2.11nm、1.73nm，以及2.26nm、2.08nm和1.80nm。微流化在高压小通道下的强剪切力有助于纳米解纤，形成高长径比的纳米纤维。结果显示，PC在相同工艺条件下解纤更为彻底，生成的纤维素尺寸更小（图3）。
图3 微米纤维素的光学和偏光学显微照片和纳米纤维素的AFM图像雾度的可控性是本研究的关键点之一。因此，利用国际竹藤中心的标志对不同处理方式下的膜进行了测试。微射流均质法制备的PC-MNC-M和BF-MNC-M薄膜具有良好的透明性，最高透光率为89.5%，最低雾度分别为32.0%和41.3%。超声法制备的PC-MNC-U和BF-MNC-U薄膜的透过率最低，分别为84.8%和81.3%，雾度最高，分别为88.4%和96.7%。PC-MNC-B和BF-MNC-B膜的这两个参数处于中等水平，从中说明微射流均质法是最佳的处理方式（图4）。
LED光源对MNC膜进行了防眩光效果测试。未覆盖膜的LED光透射清晰，对照膜几乎无散射。微射流均质法制备的PC-MNC-M和BF-MNC-M膜因微米级纤维素含量低，雾度较低，防眩效果有限。相比之下，高速搅拌和高强度超声处理的散射膜覆盖下，LED光变得均匀柔和，显示出最佳防眩效果。随着角度增加，BF-MNC-U膜保持较高透光率和广泛的光分布，微米级纤维素比例达79.7%，雾度最高达96.7%，展现出更高的防眩能力。高强度超声法处理产生更高的纳米纤维比例，增强了光散射和雾度（图5）。
通过调整纤维素的尺寸和分布，可以有效地调控MNC薄膜的光学性能，包括透明度和雾度。这些薄膜在LED光源上的抗眩光效果测试表明，经过高速搅拌和超声处理的BF-MNC薄膜展现了最佳的抗眩光效果。此外，与其它来源的纤维素光学管理薄膜相比，本研究所制备的竹基MNC薄膜在透明度和雾度方面具有竞争力，这表明竹材是一种有潜力的生物基材料来源，可用于制备光学管理薄膜。以上研究成果近期以“Multiscale cellulose-based optical management films with tunable transparency and haze fabricated by different bamboo components and mechanical defibrillation approaches”为题发表在《Carbohydrate Polymers》期刊上。西南林大-国际竹藤中心联合培养硕士研究生陈宇为论文的第一作者，西南林大徐开蒙教授和国际竹藤中心钟土华副研究员为论文的共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、国际竹藤中心基本科研业务费专项资金、云南省农业联合研究重点项目、云南省基础研究面上项目和云南省高层次人才支持计划青年拔尖人才项目等的资助。近年来，西南林大生物质基功能复合材料创新团队主要围绕竹木基微纳米纤维分离与改性、纤维素/壳聚糖基微纳米纤维对污染物的荧光探测、吸附、催化等环境功能材料开展相关研究，徐开蒙教授以第一及通讯作者在《Nano-Micro Lett》《Chem Eng J》《Adv Compos Hybrid Mater》《Compos Part B: Eng》《Carbohydr Polym》《Compos Sci Technol》《Int J Biolog Macro》等发表SCI论文50余篇，一区TOP19篇，以第一发明人授权发明专利12项，以第一著者在化学工业出版社、云南科技出版社和英国IntechOpen出版社等出版中英文著作（章）6部（项），以第一指导教师指导学生获中国大学生国际创新大赛银奖、全国节能减排大赛一等奖、全国金相技能大赛二等奖、挑战杯中国大学生创业计划竞赛铜奖等国家级竞赛奖励4项，省级金奖5项，银铜奖多项。原文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0144861724010373
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