受牙齿梯度结构启发的竹材防护新策略——通过竹材表层原位塑化构建超硬、防水与抗污一体化防护结构

文章导读

受牙齿牙釉质-牙本质梯度结构启发，竹子中心与木工所团队颠覆了传统竹材防水改性工艺复杂、功能单一且依赖石油基聚合物的困境！他们创新开发“表面选择性脱木素—高碘酸钠定向氧化—热压塑化成型”三步法，在竹材表层原位构建仅170微米厚的超硬、防水与抗污一体化防护层。这一策略完全利用竹材自身成分，通过双醛纤维素链羟醛缩合反应形成稳定结构，不仅高效阻止水分渗透、提升防污性能，还显著增强表面硬度和机械稳定性。工艺简便可控，无需石油基材料，具备规模化生产潜力，为竹材防护开辟了环保可持续的新纪元。成果发表于顶级期刊《Advanced Composites and Hybrid Materials》，开启技术革新之路。

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近日，竹子中心以竹代塑创新团队联合木工所木材超分子科学研究团队在竹材防护研究领域取得重要进展。研究成果以“Nature-Inspired Tooth-Mimetic Bamboo Hierarchical Composites with Superhard, Waterproof, and Stain-Resistant Protective Structures”为题，在材料科学领域一区TOP期刊《Advanced Composites and Hybrid Materials》（IF=21.8）上发表。

传统的竹材防水改性方法通常存在工艺复杂、功能单一、机械耐久性不足以及依赖石油基聚合物等问题。受人体牙齿牙釉质-牙本质梯度结构的启发，研究团队采用“表面选择性脱木素—高碘酸钠定向氧化—热压塑化成型”的三步法，在竹材表面原位构建了一层厚度约为170微米的超硬、防水与抗污一体化防护层，同时基本保留了竹材内部的原有结构。该防护层通过双醛纤维素链之间的羟醛缩合反应形成稳定的塑化结构，不仅有效阻止了水分渗透，赋予竹材良好的防污性能，还显著提高了其表面硬度和机械稳定性。该改性策略完全基于竹材自身成分，无需引入任何石油基聚合物，制备工艺简便且可控，具备良好的规模化生产潜力，为竹材的防护改性提供了新的技术路径。

竹子中心2023级联合培养硕士研究生韩佳伟为论文第一作者，竹子中心李景鹏副研究员、郭登康助理研究员和木工所卢芸研究员为论文通讯作者。该工作得到了中国林科院优秀青年创新人才项目、启航项目，国家自然科学基金项目和泸州市科技计划项目的资助。