《Journal of Bioresources and Bioproducts》：Sustainable Dual-Response Optical Modulation: WO
3-Based Transparent Cellulose Composite Membrane for Photo- and Electro-Responsive Chromatic Devices
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本研究针对传统光/电致变色材料存在有机配位聚合物稳定性差、无机材料柔性不足以及ITO基板成本高且不可降解等问题，开发了一种以热压浸渍法制备的木质衍生透明纤维素膜（I-TDW）为基底，通过旋涂WO3/PMMA复合层和喷涂Ag纳米线/WO3功能层，分别构建了光致变色膜（PCM）和电致变色膜（ECM）。研究显示PCM在1030 nm波长下可实现68.8%的光调制幅度，具备10秒着色/15分钟褪色的快速响应特性，且紫外屏蔽率>92%；ECM在电驱动下实现78.2%的光调制幅度，组装的互补电致变色器件（3.4 cm×3.4 cm）具有60.7%的光调制和7.6秒/10.8秒的快速响应。该研究为柔性光电器件提供了绿色可持续解决方案，发表于《Journal of Bioresources and Bioproducts》。
在智能穿戴、动态窗户和光学开关快速发展的今天，光致变色和电致变色器件因其能通过光或电刺激可逆改变光学特性而备受关注。然而，现有技术面临诸多挑战：有机配位聚合物虽具双响应特性，但存在毒性高、光/电化学稳定性差的问题；无机材料中，三氧化钨（WO3）虽具有优异的物理化学稳定性和离子嵌入通道，但传统氧化铟锡（ITO）基板成本高、脆性大，难以满足柔性设备需求，且与绿色制造理念相悖。此外，鲜有材料能同时响应光和电两种刺激，限制了器件的多功能应用。
为解决这些问题，南京林业大学材料科学与工程学院的研究团队创新性地利用木材这一天然生物质资源，通过TEMPO介导氧化、热压浸渍等工艺，开发出具有光/电双响应功能的透明木质纤维素复合膜。该研究成功制备出光致变色膜（PCM）和电致变色膜（ECM），分别通过旋涂WO3/聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）复合层和喷涂银纳米线（Ag NWs）/WO3功能层实现。研究结果表明，这种基于木材的智能变色膜不仅具有良好的柔性和可回收性，更在光学调制、响应速度和环境适应性方面表现出色，为可持续光电子器件的发展开辟了新途径。相关成果发表于《Journal of Bioresources and Bioproducts》。
关键技术方法包括：通过TEMPO氧化处理对木质纤维素进行羧基化改性，提升界面附着力；采用热压工艺（70°C, 15 MPa）制备致密化透明木质膜（H-TDW）；通过PMMA浸渍获得柔性透明基底（I-TDW）；利用旋涂技术制备PCM，喷涂工艺构建ECM；采用电化学工作站与光谱仪联用进行原位光学测试。
3.1. 光/电致变色透明木质膜的制备
研究以天然木材为原料，通过脱木质素和TEMPO氧化处理，在纤维素纤维表面引入羧基，形成三维网络结构。随后经热压和PMMA浸渍，获得透明度达86.7%（550 nm）的柔性基底。通过均匀负载WO3和Ag NWs，实现了功能层与基底的稳定结合。
3.2. 微观结构与形貌
扫描电镜显示，热压处理使膜厚度从319 μm（DW）降至65 μm（H-TDW），孔隙消失形成致密层结构。PMMA填充后，I-TDW表面形成连续包覆层，Ag NWs和WO3颗粒分布均匀，为均匀变色奠定基础。弯曲测试表明改性膜具备优异柔性和形状恢复能力。
3.3. 光致变色性能
PCM在紫外光照下10秒内即可实现24.9%的光调制（1030 nm），50分钟后调制幅度达68.8%。通过拉曼和X射线光电子能谱分析，证实着色过程中W6+被还原为W5+，形成蓝色钨青铜（HxWO3）。循环测试显示，PCM在60次着色/褪色后仍保持良好稳定性，且具备>92%的紫外屏蔽率。应用演示表明，其可用于智能窗、可重写信息存储等领域。
3.4. 电致变色性能
ECM在-0.6 V/0.3 V电压驱动下，实现78.2%的光调制（1030 nm），响应时间为12秒/15秒，着色效率达89.4 cm2/C。组装的互补电致变色器件（ECM/PANI）光调制为60.7%，响应时间提升至7.6秒/10.8秒。循环性能测试表明，器件在125次循环后仍保持55.4%的调制幅度，且I-TDW基底可回收再利用，性能无明显衰减。
该研究通过绿色可持续的木材衍生透明纤维素膜，成功解决了传统光/电致变色器件在柔性、稳定性和环境友好性方面的瓶颈。PCM和ECM展现的高光学调制、快速响应和优异循环稳定性，表明其在智能窗、动态光滤波和可重写信息存储等领域具有广阔应用前景。特别是基底的可回收性，为下一代柔性光电子器件的可持续发展提供了新思路。
