由于环保意识的增强，对具有各向同性结构的可持续、低成本、高性能天然纤维素泡沫的需求大大增加。然而，当前纤维素泡沫/气凝胶的合成需要大量的能源和化学品。这主要是由于来自生物质资源的原始纤维素的溶解性和加工性较差带来的挑战。

因此，考虑到其经济和环境效益，这些挑战进一步凸显了直接利用天然纤维素泡沫所提供的优势。以前对天然纤维素泡沫的研究主要集中在特定的植物成分，如韧皮部、木质部、血管、果实和种子。在这项研究中，我们提出了一种被忽视的替代方案：水生或湿地植物的通气组织。

灯心草是一种常见的湿地杂草，以其高繁殖能力而闻名，会导致牧草年产量下降。人们发现 JE 的通气组织具有发达的 3D 互连分层结构，表现出作为天然木质纤维素泡沫的显著特性。这些特性包括卓越的可压缩性、疏水性、轻质和高孔隙率。

通过这项研究，我们引入了一种新型天然纤维素泡沫，并探索了湿地杂草废物中衍生的生物质的利用。

天然纤维因其生物可降解性、生物相容性、多功能性和普遍性而在研究和工业界引起了广泛关注。除了从各种植物中提取的一般纤维素纤维用作纺织品、艺术品、热塑性增强复合材料或其他增值产品。

具有三维分层结构的纤维素泡沫最近越来越受到研究人员的重视。例如，纤维素海绵/气凝胶广泛应用于油/水分离、纳米发电机、染料吸附、隔热、包装、生物医学应用以及作为电化学装置的碳源/模板。

基于最近的评论，纤维素泡沫可分为两类：合成纤维素气凝胶和天然纤维素泡沫。来自生物质资源的原始天然纤维素的溶解度和可加工性对合成纤维素气凝胶的生产构成了固有的限制。

在纤维素复合材料的冷冻/超临界干燥之前，通常需要进行额外的处理。这些处理包括提取过程，或在各种溶剂中的再生过程。因此，需要大量的能源和化学品将原始天然纤维素加工成合成纤维素气凝胶。

因此，就成本和环境影响而言，考虑直接使用天然纤维素泡沫更具吸引力。到目前为止，报道的纤维素泡沫的来源仅限于植物成分，如韧皮部、木质部、维管束、水果和种子。另外，源自这些来源的泡沫结构本质上主要是管状的或蜂窝状，如在轻木或软木中观察到的。

然而，关于具有规则互连网络的天然纤维素泡沫的报道有限。因此，迫切需要探索具有成本效益且表现出高性能的天然纤维素泡沫的其他来源。发现新颖的泡沫结构也至关重要。因此，对具有独特结构的植物组织的研究具有巨大的潜力并引起了相当大的兴趣。

通气组织被认为是植物内最显著的形态特征。它常见于水生和湿地物种中，有助于它们的漂浮和内部空气循环。这种独特的泡沫组织用于保留空气，主要由具有大细胞间隙的通气通道组成，从而导致通气组织具有高孔隙率。

通气通道的排列在不同植物物种中表现出不同的模式。包括金鱼藻的放射状排列、水生狐尾藻的垂直排列、水葫芦的蜂窝状排列以及灯心草的星状网络。这些水生植物表现出很高的繁殖能力，并拥有复杂的通气组织，可用于水净化。

另一方面，它们也被认为是难以处理的杂草——控制它们的数量每年需要花费数百万美元。因此，利用通气组织作为天然纤维素泡沫资源提供了解决三个相互关联的问题的实用且有价值的解决方案。

首先，它能够利用丰富的多产湿地/水生害虫。其次，它通过探索新型天然泡沫来源，有助于促进生物多样性。最后，它导致了天然泡沫结构的发现。然而，将这些杂草变成附加值产品需要深入研究它们的特性。

在这里，选择了具有非凡星状网络的灯心草的通气组织并对其进行了表征，以了解其进一步潜在的泡沫应用，例如油吸附、水净化、纳米发电机或泡沫结构模板。

广泛分布于欧亚大陆和美洲大陆的暖温区，是多个海拔范围的优势物种之一。由于种子产量高且再生速度快于邻近物种，灯心草的年产量约为每 m 2 10 kg 无灰干物质。

因此，它被认为是牧场和草地上的一种有问题的杂草，因为它会损害饲料产量和质量。根据文献，其茎的表皮通常用于编织，而其髓历史上在西北欧和中国被用作火车油灯的灯芯，或作为中药。

最近，它被用于太阳能驱动的蒸汽发生器和可溶性污染物去除。然而，对灯芯草通气组织泡沫的综合表征及其星状结构单元的分离尚未见报道。这项工作旨在评估灯心草的潜在用途作为3维柔性纤维素泡沫。

并为轻质高多孔材料提供了新的结构模板。对星状单元和原始星状单元脱木质素星状单元的结构、物理化学、力学和热学特性进行了全面分析。通过单纤维拉伸试验、循环压缩试验、吸附-解吸实验。

液体浸泡试验，水接触角测量、化学分析、扫描电子显微镜观察、X射线衍射评估星状单元的性能、傅里叶变换红外光谱和热重分析。将该特性与其他天然木质纤维素泡沫进行了比较。

灯心草 茎是从格罗宁根大学建筑群内的 河畔采集的 。将茎切成50厘米长，然后用镊子手动剥去其外绿色表皮。将获得的通气组织泡沫在 105 ℃ 的空气烘箱中保存过夜，以除去水分以进行进一步表征。

碳水化合物成分分析按照国家可再生能源实验室提供的方法进行。对蜡含量进行定量。将获得的数据中其他报道的天然泡沫和纤维进行比较。星状单元 单元通过先前报道的脱木质素方法分离。

还用空白样品架在相同的测量条件下收集了环境背景数据，然后从所有实验样品的数据中减去该数据。随后，将获得的实验 谱与软件中的纤维素模式。在相同的测量条件下收集棉花的实验数据，用于比较样品的结晶度。

通过扫描电子显微镜通过表皮和通气组织研究了具有两个代表性老化程度的灯心草茎的形态。由于是湿地单子叶植物，其茎的表皮代替缺席的叶子作为主要的光合固碳器官。

因此，其表皮不仅含有用于机械支撑的坚固厚壁组织纤维，还含有维管束。用于工厂内水、盐和有机物的运输。从中可以清楚地看出 ，维管束嵌入薄壁细胞中，茎的最外层周围有厚壁组织纤维。

随着 JE 茎成熟度的增加，维管束内梯状血管的尺寸增大了约 70%，从而导致更多的空隙。为了进一步研究分级结构的可压缩性，星状单元在干燥状态下被压缩形成100μm厚的颗粒，应力为12.75MPa，其原始体积在致密化过程中收缩了99 %。

令人惊讶的是，这种致密颗粒在浸入水中时会立即膨胀到更大的尺寸，并在 6 秒内恢复大部分厚度。这种行为证实了 星状单元 的互连三维高度多孔结构。即使在致密状态下，这种结构也能防止形成强烈的范德华相互作用。

同时允许吸收的水非常快速地重新填充开放的孔隙，并将木质纤维素细胞壁推回其原始结构。因此，星状单元结构作为3D柔性材料应用的模板具有巨大的潜力。

在这项工作中，对星状单元和原始星状单元星状单元的结构、物理化学、机械和热性能进行了深入研究。通过与其他天然纤维素泡沫进行比较，星状单元 显示出由独特的空心星状单元组成的独特的分层互连结构。

这种独特的结构被认为是促成 星状单元 卓越特性的关键主要因素，例如超轻质、高孔隙率和令人印象深刻的压缩率。星状单元 展现出的卓越特性为利用丰富且有问题的水生或湿地杂草作为多功能3维纤维素泡沫的替代来源提供了可能性。

以真正的环境可持续方式。通过引入被忽视的通气组织作为木质纤维素纤维来源和结构模板，我们为各种潜在应用开辟了可能性，包括但不限于油吸附、水净化、纳米发电机和泡沫结构模板。

《使用静态和动态 光谱表征纤维素的晶体结构》碳水化合物研究

《孔隙率和密度对软木压缩性能的影响》欧洲木材木材产品杂志

《基于天然纤维的聚合物复合材料的降解性综述》马特德斯

《纤维素纳米纤维纳米纸和仿生纳米复合材料》机械性能杂志