中国工程院：2021全球工程前沿-超浸润材料
生物质具有来源广泛、可再生、低污染和安全性高等特点，是自然界中储量丰富的天然高分子材料。生物质富含羟基、羧基和氨基等活性官能团，有利于进行材料润湿性能的精准调控。因此，生物质被视为易于大规模生产的绿色环保型超浸润材料的理想基材。目前，已有部分研究通过改性纤维素、胶原、蚕丝蛋白等具有独特结构的生物质而成功开发了具有超浸润性质的生物质基复合纤维材料。然而，超浸润生物质基复合纤维的实际工业化应用仍面临诸多挑战。未来，将重点研究超浸润生物质基复合纤维在极端条件下的耐腐蚀性和长期使用稳定性，并进一步扩大其功能性与应用范围。
重点解读
1.2.3 超浸润生物质基复合纤维的制备与功能化应用研究146
超浸润现象广泛存在于自然界中，是固体材料润湿性能的一种极端行为，包括超疏液和超亲液。超疏液是指液体在固体材料表面接触角大于150时所表现出的润湿性能，常见的超疏液材料有超疏水材料、超疏油材料和超双疏材料等；超亲液是指液体在固体材料表面接触角小于10时所表现出的润湿性能，常见的超亲材料有超亲水材料和超亲油材料等。超浸润材料基于其在表面及界面的特殊功能特性，在自清洁、油水分离、微液滴操控、防雾和防覆冰等领域发挥着巨大作用。传统的超浸润材料在实际应用中已取得一定的效果，但也显示出其存在的一些弊端，如生产成本高、生物降解性差和制备工艺复杂等。随着科学技术的进步与材料使用性能要求的提高，许多新材料开始应用于超浸润材料的制备，使得廉价易得、环境友好型的超浸润材料得到迅猛发展。
生物质是指通过光合作用产生的各种有机体，包括植物、动物、微生物及其产生的废弃物质等，具有来源广泛、可再生、低污染和安全性高等特点。生物质作为一种天然高分子材料，富含羟基、羧基和氨基等活性官能团，可进行多种化学反应，并使得进一步调控生物质的表面浸润性成为可能。因此，生物质的上述特点为大规模开发绿色环保型超浸润材料提供了良好基础。目前，已有部分研究通过一系列物理、化学方法对生物质进行结构和化学性质调控，成功制备了具有超浸润性质的生物质基复合材料。其中，通过对具有独特结构的生物质（胶原、蚕丝蛋白和纤维素等）进行可控设计和制备，如引入特殊结构、调控材料表面自由能等方式，成功开发了具有优异使用性能的超浸润生物基复合纤维。
超浸润生物质基复合纤维可被加工成气凝胶、膜材料及粉末状填料等多种方式，并可采用多种方式进行油水分离、生物传感和微流控等应用。然而，在实际应用过程中发现，超浸润生物质基复合纤维仍然面临着诸多挑战，如材料的耐腐蚀性和长期使用稳定性较差，难以在恶劣环境下维持高作用寿命等。在未来仍需深入研究并优化超浸润生物质基复合纤维的制备，并扩展其功能化应用范围。
通过对“超浸润生物质基复合纤维的制备与功能化应用研究”的研究前沿核心论文的解读发现，该工程前沿的篇均被引频次高达85.11次（见表1.1.1）。表1.2.9是该工程研究前沿中核心论文的主要产出国家，其中，中国以核心论文比例65.45%、被引频次3135次排名第一，占据领跑地位，表明该工程前沿受到了我国专家学者们的重点研究。然而，中国在“篇均被引频次”中却落后于西班牙、美国和土耳其。从主要产出国家合作网络（见图1.2.5）中可以发现，中国和美国之间的使用关系最为密切，同时，其余各国之间的使用也较为频繁，而德国在该方面具有较强的自主研发能力。
在产出机构方面，如表1.2.10所示，排名前十的产出机构中有7个是来自中国的科研机构，分别为中国科学院、苏州大学、江苏大学、四川大学、河南师范大学、华南理工大学和郑州大学，这进一步说明中国研究者们对这一研究前沿的高度热情。其中篇均被引频次排名前三的机构为河南师范大学、华南理工大学和中国科学院。从各产出机构的合作网络（见图1.2.6）中可以看出，大多数机构都与其他机构有所合作，少部分机构主要依靠自主研发。
从该研究前沿的施引核心论文排名来看，中国仍然处于世界领先地位（见1.2.11），且各国的研究机构的施引核心论文数量持基本相当的水平（见表1.2.12）。
综上所述，中国在“超浸润生物质基复合纤维的制备与功能化应用研究”这一工程研究前沿中不仅领先于全球各国，且与许多国家都有着密切的合作。在未来，各研究机构还要继续深入开展相关领域的研究工作，保持该前沿的研究状态，推动全世界相关行业的技术发展。
关于报告
全球工程前沿2021中文版 (Engineering Fronts 2021 Chinese Version)
http://devp-service.oss-cn-beijing.aliyuncs.com/9047b66293bc4326b15ca9145477fd18/file_1639123755899.pdf
全球工程前沿2021英文版 (Engineering Fronts 2021 English Version)
http://devp-service.oss-cn-beijing.aliyuncs.com/9047b66293bc4326b15ca9145477fd18/file_1639123738574.pdf
延伸阅读：
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