智能材料作为“第四代材料”，具备感知环境变化并自我调节的能力，在多领域具有广泛的应用前景。随着可持续性成为关键评价标准，天然可再生材料——特别是木材——因其丰富的储量、独特的层级多孔结构、可再生性和生物可降解性，被视为构建绿色智能材料的理想基体。
近期，来自西安交通大学的宋建伟等人在《中国科学：物理学 力学 天文学》青年科学家专栏发表了综述文章《木基材料的多尺度结构及力学行为与智能化》，分析了木基智能材料在结构、化学组成以及力学性能上的优势，介绍了其在传感、环境响应、形状记忆和自修复等方面的最新研究进展，并探讨了其加工技术、应用挑战及未来研究方向。
图1 传感型木基智能材料. (a) 全木水凝胶压阻式应变传感器; (b) 木材海绵压阻式力传感器; (c) 压电式应变传感器; (d) 摩擦电式力传感器
文章首先介绍了木材的结构与成分特性及其开发潜力。木材主要由纤维素、半纤维素和木素构成，具有从宏观到纳米尺度的多级孔隙结构和高度有序的各向异性结构，为其功能化改性提供了物理基础和调控空间。其中，纤维素赋予木材优异的力学性能、压电性和摩擦电性能；木素不仅提供刚性，还可用于调控光学性能并增强材料的抗氧化与抗菌能力；半纤维素则因富含活性官能团而易于化学修饰，有助于引入新功能。这些天然特性使木材成为构建可持续、高性能智能材料的理想基体。
文章随后介绍了木基智能材料力学性能的调控机制与策略。木材优异的力学性能源于其多层级结构及组分间的分子相互作用，尤其是纤维素、半纤维素和木素之间以氢键为主的非共价作用，对材料的强度、韧性和弹性具有决定性影响。水分含量会显著调节这些氢键网络，在一定条件下既能削弱界面结合，也能通过形成水桥增强性能，体现出湿度对力学行为的双重作用。在细胞尺度上，纤维素微纤维角、纤维素结晶度与聚合度等结构参数共同决定了宏观力学响应。为优化性能，研究者采用致密化、细胞壁骨架改性（如构建褶皱、层状或蜂窝结构）以及柔性材料填充（如水凝胶、碳纳米管/PDMS复合物）等策略，有效提升了木基材料的强度、柔性和可压缩性，为其在智能传感、柔性电子等领域的应用提供了力学保障。
图2 环境响应型木基智能材料. (a) 热响应; (b) 气体响应; (c) 光响应; (d) 湿度响应
文章接下来介绍了木基材料的智能化设计路径。通过结构调控与成分改性，木材可被赋予多样化的智能特性：在传感方面，利用其多孔结构和纤维素特性，可开发出压阻式、压电式和摩擦电式柔性传感器，适用于人体运动监测和智能家居；在环境响应方面，木基材料能对温度、光、气体和湿度等刺激作出响应，如实现辐射制冷、甲醛/氨气检测、光致变色及湿度调节；在形状记忆方面，借助水热刺激或复合动态聚合物，木材可实现临时形变后的快速恢复，并拓展至油水分离、信息加密等应用；在自修复方面，通过构建氢键网络或引入可交换共价键，使材料在受损后具备自主修复能力。
文章最后指出，木基智能材料虽具应用潜力，但仍面临三大挑战：一是综合性能（如力学、热/化学稳定性）和功能集成度有待提升；二是制备过程需更绿色、低成本，减少化学品和能耗；三是亟需突破规模化生产技术，推动从实验室走向商业化。未来需通过跨学科融合与技术创新，实现其高性能、可持续和产业化发展。
宋建伟，西安交通大学航天航空学院教授、博士生导师。国家自然科学基金优秀青年基金获得者。主要从事生物质基可持续功能材料的设计、制备及应用；智能材料与结构力学；复合材料力学等。在Nature、Nature Communications、Science Advances、JMPS、Advanced Materials、Science Bulletin、《中国科学: 物理学 力学 天文学》等学术期刊上发表论文60余篇，总引用16000余次。获科睿唯安“全球高被引科学家”、斯坦福大学“全球前2%顶尖科学家”榜单、“R&D 100 Awards”。入选中国科协青年人才托举工程、陕西省高层次青年人才计划。