在可持續(xù)材料科學的前沿領(lǐng)域，利用可再生生物質(zhì)資源開發(fā)具備室溫磷光（Room-Temperature Phosphorescence, RTP）功能的智能材料，并實現(xiàn)其精準增材制造，是當前制約生物基光電子器件發(fā)展的核心瓶頸。傳統(tǒng)有機 RTP 材料雖具有結(jié)構(gòu)靈活性與光學可調(diào)性，但其制備高度依賴石油基原料及復(fù)雜合成工藝。同時，現(xiàn)有成型技術(shù)難以實現(xiàn)無模板、一體化的復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)構(gòu)建，嚴重限制了其在定制化防偽、傳感及智能顯示等領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。因此，開發(fā)兼具優(yōu)異磷光性能、可打印性及全生物基特性的可持續(xù)材料體系，成為該領(lǐng)域亟待突破的關(guān)鍵科學問題。

針對上述技術(shù)空白，東北林業(yè)大學李淑君教授、翟迎香副教授團隊聯(lián)合巴斯大學 Tony D. James 教授、中南林業(yè)科技大學吳義強院士及天津科技大學司傳領(lǐng)教授，通過精準的分子設(shè)計與化學修飾，成功開發(fā)出一種名為CX-Wood的新型可 3D 打印室溫磷光木質(zhì)材料。該研究創(chuàng)新性地將羧基官能團接枝到天然木質(zhì)纖維素基質(zhì)上，并利用直接墨水書寫（Direct Ink Writing, DIW）3D 打印技術(shù)，實現(xiàn)了復(fù)雜三維磷光結(jié)構(gòu)的一體化成型。這一生物質(zhì)衍生平臺為構(gòu)建定制化智能發(fā)光材料提供了綠色、高效的全新模型。相關(guān)研究成果以題為 “3D-printable phosphorescent woody materials” 發(fā)表于國際頂級期刊《Nature Communications》。

研究人員通過羧甲基化反應(yīng)對天然木粉進行化學修飾，成功制備了 CX-Wood 前驅(qū)體。X 射線光電子能譜（XPS）與傅里葉變換紅外光譜（FT-IR）證實，羧基官能團（-O-C=O）已成功接枝到木質(zhì)素與纖維素分子鏈上。系統(tǒng)優(yōu)化結(jié)果表明，在35℃堿處理 60 分鐘，隨后 80℃進行醚化反應(yīng) 90 分鐘的條件下，可獲得最佳取代度。生命周期評估顯示，CX-Wood 墨水的全球變暖潛能值（GWP）僅為對照樣品的 27.6%-56.4%，展現(xiàn)出卓越的環(huán)境可持續(xù)性與成本效益。

CX-Wood 材料表現(xiàn)出優(yōu)異的光學性能：其熒光發(fā)射峰位于 460 nm，室溫磷光發(fā)射峰位于 505 nm。與天然木材相比，CX-Wood 的磷光強度與壽命顯著提升，最長余輝時間可達1.2 秒。研究表明，羧酸基團的取代度是調(diào)控磷光性能的核心因素：當取代度從 0.066 提升至 0.5760 時，磷光壽命從 35.4 ms 延長至 358.7 ms，量子產(chǎn)率從 0.93% 提高至 4.60%。

機理研究揭示，化學改性主要通過以下雙重機制增強磷光發(fā)射：

此外，CX-Wood 的磷光性能對溫度、濕度及激發(fā)波長具有良好的響應(yīng)特性，且經(jīng)過多次 “干燥 - 加濕” 循環(huán)后性能保持穩(wěn)定，表明其具備優(yōu)異的光學穩(wěn)定性。

得益于優(yōu)異的流變性能，CX-Wood 水分散體成功適配 DIW 3D 打印技術(shù)。流變學測試表明，該墨水呈現(xiàn)典型的剪切變?。偎苄裕?span style="font-variant-numeric:normal;font-variant-east-asian:normal;font-stretch:normal;line-height:24px;flex:0 1 auto;flex-direction:row;justify-content:normal;align-items:normal;padding:0px;margin:0px;background-image:none;background-position:0% 0%;background-size:auto;background-repeat:repeat;background-attachment:scroll;background-origin:padding-box;background-clip:border-box;">行為：屈服應(yīng)力下具備 5.7 kPa 的高彈性，可在低剪切應(yīng)力下順利擠出，擠出后迅速固化定型，實現(xiàn)了 90% 以上的形貌保真度。研究證實，該策略適用于雪松、松木、楊木、柚木等十余種不同天然木材，具備廣泛的普適性。

打印所得的三維結(jié)構(gòu)不僅保留了強而持久的綠色余輝，還可通過引入硼砂進一步延長余輝至 8 秒，或通過能量轉(zhuǎn)移策略調(diào)控發(fā)射波長至紅色區(qū)域。值得一提的是，該打印材料具有可水溶性回收再利用的特性，在完成使命后可通過水處理降解回收，實現(xiàn)了材料全生命周期的綠色閉環(huán)。

本研究成功將天然木材高效轉(zhuǎn)化為 CX-Wood，賦予其增強的室溫磷光性能與 3D 打印適配性。該技術(shù)路線摒棄了傳統(tǒng)的物理共混策略，實現(xiàn)了從可再生生物質(zhì)資源到高性能光電子材料的一步式轉(zhuǎn)化。相較于現(xiàn)有技術(shù)，CX-Wood 材料制備過程可持續(xù)、便捷且成本低廉，為建筑、家具、智能防偽、柔性電子等領(lǐng)域開辟了全新的應(yīng)用前景，為可持續(xù)結(jié)構(gòu)功能材料的發(fā)展提供了創(chuàng)新思路與技術(shù)范式。