1 研究背景

传统碳材料如碳纳米管、石墨烯等广泛应用于传感器、电磁屏蔽和吸附材料领域，但其依赖石化资源、能耗高、过程复杂，制约了其可持续发展。木材作为年产超39亿立方米的可再生资源，天然具有有序孔道结构，是理想的碳材料候选。然而，木质碳材料因致密细胞壁和碳化收缩，往往密度高、弹性差、尺寸受限，难以满足柔性电子器件对“轻质+超弹”的双重要求。当前亟需发展新型结构调控策略，以实现从天然木材向超弹性碳材料的高效转化，推动绿色低碳功能材料的发展。

2 本文要点

1. 提出“剥离-膨胀-碳化”三步法。作者通过选择轻质巴尔沙木，先剥离木质素和半纤维素形成可塑性纤维层，再经水合真空膨胀构建大间距层状结构，最后高温碳化，制得扩展型木质碳海绵(EWCS)。

2. 实现结构-性能突破。EWCS具有波浪状层状结构，压缩80%仍可完全恢复，密度仅14.18 mg/cm³，为目前最低的木基碳材料之一，且在–196 °C至500 °C极端环境下仍保持超弹性。

3. 多场景应用潜力。EWCS兼具可压缩结构与导电性，可用于高灵敏可穿戴压力传感器、可调电磁屏蔽材料及可加热回收的油水分离吸附剂，展现出极高的多功能可拓展性。

图1. 传统与扩展型木质碳海绵的制备流程及膨胀机制示意图

图2. 展示了不同处理阶段样品的形貌变化、结构演变及晶体结构表征

图3. EWCS的压缩-恢复过程、应力应变曲线、疲劳循环测试结果及导电性能调控能力

图4. EWCS在压力传感、油水分离及原油加热吸附等应用场景中的表现

3 研究结论

本文通过“剥离-膨胀-碳化”的策略，将天然木材重构为一种具有超低密度、超高弹性及多功能响应的碳材料。作者系统揭示了木质细胞壁的结构重构过程及其对宏观性能的赋能机制，所得EWCS在高低温环境下均表现出优异的应力恢复能力和电导响应，并成功应用于多种场景：包括高响应性可穿戴传感器、可调节电磁屏蔽材料和智能原油吸附体。研究强调了结构工程在木材碳材料性能提升中的核心作用，同时提供了一条绿色、简便且适用于规模放大的可持续制造路径。该工作不仅推动了天然生物质的高值利用，也为下一代功能碳材料的开发提供了重要参考。

4 文章信息

Tong Ji, Hao Sun, Boyu Cui, Wenxiang Zhai, Zechun Ren, Kejiao Ding, Tongfei Gu, Feng Jiang*, and Min Xu*. Advanced Materials, 2025, 2504980.

https://doi.org/10.1002/adma.202504980