由溶剂诱导分子组装形成的梯度结构全纤维素生物泡沫，用于可持续保温模块

为更清洁的未来而来的新型泡沫

泡沫无处不在——从我们墙体的保温层到保护物流包裹的填充材料。大多数泡沫由石油基塑料制成，在环境中存在数百年并释放有害的微塑料。本文介绍了一种完全由纤维素制成的新型泡沫——即构成植物细胞壁的天然材料。研究者展示了如何将植物来源的纤维素转化为既坚固又轻质且可回收的泡沫，用于建筑保温，同时大幅降低污染和碳排放。

为什么要重新思考塑料泡沫

像聚苯乙烯和聚氨酯这样的传统塑料泡沫因其轻便、易成型且隔热隔音效果好而广受欢迎。但它们主要来源于不可再生的化石燃料，生产过程中释放大量温室气体。被丢弃后，这些泡沫不会自然腐烂，而是逐渐碎解成微小塑料碎片，污染海洋、土壤并危害野生动植物。随着各国政府和国际组织推动减少塑料垃圾，工程师迫切需要能在性能上匹敌或超越塑料泡沫但无其环境代价的替代品。

用植物而非石油制造泡沫

该研究团队开发了一种他们称为 All-Cel 的“全纤维素”泡沫。他们首先将生物质中的纤维素溶解在一种特殊液体中，然后使用乙醇——本质上是一种酒精——温和地诱导纤维素分子重新组装成固态泡沫。该过程在室温下进行，不依赖有毒的发泡剂或耗能的冷冻干燥。当乙醇渗入溶液时，纤维素链相互缠结并固化成型，形成三维网络。由于这一组装在表层与内部的速率不同，泡沫天然形成了一种巧妙的“梯度”结构：外层更致密、孔径更小，而内部则更开放，呈蜂窝状的大孔。

轻质、坚韧且耐热

这种梯度设计赋予 All-Cel 泡沫一系列不寻常的性能组合。它非常轻——密度约为致密塑料的十分之一——但能承受约相当于自身重量 400 倍的载荷，其抗压刚度高于目前常用的塑料泡沫。在弯曲和冲击测试中，它抗裂性能优异，能吸收会使标准泡沫破碎的冲击能量。该材料还具有良好的耐热性：在约 200 °C 时仍保持刚度，并在约 264 °C 前后保持稳定，而许多塑料泡沫在这些温度下会软化、变形或失效。作为热源与金属箱体之间的绝热层时，该泡沫能显著减缓热传递，使金属箱体即便在泡沫表面温度很高时也仅略高于室温。建筑模拟显示，在墙体中使用 All-Cel 泡沫可达到与广泛使用的塑料保温材料相当的节能效果。

更安全的防火性能，更友好的环境影响

建筑用泡沫还必须具备良好的耐火安全性。通过将 All-Cel 泡沫浸泡在植源的滞钙酸（phytic acid）溶液中，作者制备出了一种比常见塑料泡沫更难燃的处理版本。在受控的燃烧测试中，经处理的泡沫释放的热量和烟雾显著减少，且在点火源移除后火焰很快熄灭——这得益于表面形成的保护性炭化层。同样重要的是，该泡沫易于成型与再成型。它可以直接浇铸入模具，在水中软化后重新成形，甚至通过将用过的部件溶解回溶液来循环再制成新的泡沫块。在土壤中，All-Cel 泡沫会在几个月内逐渐降解并消失，不同于几乎不变化的传统泡沫。生命周期评价表明，与一些常见塑料泡沫相比，生产这种纤维素泡沫可将碳排放最多减少一半以上，同时降低其他环境影响。

迈向更绿色的建筑与产品

对非专业读者而言，关键信息很简单：这项研究表明植物基材料现在可以在强度、安全性和保温性能上与许多石油基泡沫竞争，甚至超过它们。All-Cel 泡沫将熟悉的包装与建筑泡沫的轻便与实用性，与可再生性、可回收性和可生物降解性的优势结合起来。如果成功实现规模化生产，它有望帮助使住宅、车辆和产品更节能，同时减轻我们星球上塑料垃圾的负担。

引用: Zeng, S., Tong, Z., Li, X. et al. A gradient-structured all-cellulose biofoam enabled by solvent-induced molecular assembly for sustainable insulation modules. Nat Commun 17, 1913 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-68803-8

关键词: 纤维素泡沫, 绿色保温, 可生物降解材料, 塑料泡沫替代品, 可持续建筑