源自香蕉（Musa spp.）叶中脉的木质纤维素纤维束是喀麦隆一种丰富的农业副产品，本研究根据其纵向位置（基部、中部、顶端）对其进行了表征。通过水浸沤法提取纤维后，对其进行了化学、结构、吸湿性、热学及力学分析。研究结果揭示了一个纵向梯度：从基部富含木质素、具有无定形结构且吸湿性强的状态，过渡到顶端以纤维素为主、结构有序且热稳定性高的状态。拉伸测试表明，顶端纤维表现出更高的强度，而基部纤维强度较低但刚度增加。这种与直径差异特别相关的力学变异性可通过威布尔（Weibull）模型进行描述。纵向取样方法证明，中脉是一种结构化资源，可根据具体应用有针对性地选择纤维。该策略减少了内在变异性，优化了密度与性能的权衡。顶端纤维似乎特别适用于轻质生物复合材料，而基部纤维则适用于要求较低的应用场景。
在循环经济背景下，木质纤维素纤维因其低成本、低密度、可生物降解及非磨蚀性等优势，正逐渐成为生物基复合材料的关键增强材料，广泛应用于汽车、建筑和包装领域。然而，其工业化应用仍受制于性能的高度变异性及对湿气的敏感性，这严重影响了其性能可靠性。目前的局限性呼唤能够充分考虑植物资源内部结构的选材策略。香蕉作为热带地区主要农作物，其产生的大量生物质废弃物中，假茎纤维已得到广泛研究，但叶中脉纤维却鲜有涉足。现有研究常将中脉视为均质材料，忽略了其纵向解剖结构的显著差异，导致报道的性能数据波动巨大且缺乏对其成因的深入理解。此外，多尺度综合表征方法的缺失也限制了对该类纤维潜力的评估。因此，开展此项研究旨在通过整合表征技术，揭示香蕉叶中脉纤维沿纵向的结构 - 功能梯度，阐明其物理、吸湿、热学及力学性能变化的内在机制，从而为高性能轻质生物复合材料的纤维理性筛选提供科学依据和操作数据库。
研究人员采集了工业种植园的香蕉叶残留物，将其叶中脉按解剖位置划分为基部（MAL）、中部（MAM）和顶端（MAD）三个区域。研究采用水浸沤法提取纤维束，避免了强化学试剂对纤维结构的破坏。随后，综合运用光学显微镜和扫描电子显微镜（SEM）结合能谱分析（EDX）观察纤维的微观形貌与表面特征；利用比重瓶法测定密度；依据TAPPI标准进行化学成分定量分析；通过动态水吸收实验评估吸湿动力学；采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）识别官能团；利用X射线衍射（XRD）分析结晶结构；通过热重分析（TGA）和差示扫描量热法（DSC）考察热降解行为与热转变；最后进行单束纤维拉伸测试，并结合威布尔统计模型分析力学性能的离散性。
研究结果表明，香蕉叶中脉在解剖结构上呈现显著的纵向异质性。基部纤维束直径略大，表面致密，含有较多木质素，结晶度较低（约51.5%），表现出较高的吸湿性（饱和吸水率约244.9 wt%）和刚度，但拉伸强度相对较低。相比之下，顶端纤维束直径较细，表面微裂纹较少，纤维素含量高，结晶度显著提升（约62.6%），热稳定性更好（起始降解温度达221.9°C），且具有极高的拉伸强度（最高达877.1 MPa）。中部纤维性能介于两者之间。力学性能与纤维直径呈负相关，符合Griffith缺陷理论，即直径越小，缺陷概率越低，强度越高。威布尔统计分析进一步证实，基部纤维的力学性能离散性较小，可靠性更高，而顶端纤维虽然强度极高但对缺陷更为敏感。这种从基部到顶端的“无定形 - 有序”、“高吸湿 - 热稳定”、“低强高刚 - 高强低刚”的梯度变化，揭示了中脉作为一种结构化资源的巨大潜力。
讨论部分总结指出，香蕉叶中脉并非均质材料，其纵向位置决定了纤维的最终性能。这种结构 - 性能的可调控性为纤维的分级利用提供了理论支撑。顶端纤维凭借其高比强度和高结晶度，非常适合用于对力学性能要求较高的轻质结构复合材料或增材制造 filament；基部纤维虽然强度稍逊，但其较高的刚度和较低的变异性使其适用于对尺寸稳定性有要求或力学负荷较低的功能性材料；中部纤维则可用于半结构件。该研究不仅澄清了以往文献中数据波动大的原因，还提出了一种通过纵向分区取样来降低材料变异性、优化复合材料性能密度比的策略，为热带农业废弃物的高值化利用开辟了新途径。未来的研究将聚焦于表面改性处理、湿热老化行为及多尺度建模，以进一步提升生物基复合材料的长期可靠性。
