水是木材科学的核心。在活树中，水维持着运输和生长过程；在采伐后的木材中，它控制着木材的吸湿性、吸湿膨胀、机械性能、耐久性以及一系列由湿度触发的功能（图1）。木材的层次多孔结构和亲水性化学性质共同创造了多个水分储存库、传输路径和吸引机制，从木材的孔道到细胞壁内的纳米级区域。
尽管对木材-水相互作用进行了广泛的研究，但仍有一些问题尚未解决。木材细胞壁内水分的精确分布仍存在争议，同样，与纤维饱和点（FSP）相关的工程转折点与细胞壁的实际持水能力之间的关系也尚未明确。木材中的水分吸附表现出明显的滞后现象，其扩散行为常常偏离菲克动力学；这两种现象都需要考虑结构松弛的影响。在分子层面，水改变了纤维素、半纤维素和木质素之间的界面相互作用，同时也改变了自由体积和分子的移动性[10]、[11]、[12]、[13]、[14]。量化这些效应需要先进的表征方法。在受控湿度条件下追踪木材化学和结构的原位技术对于产生可靠且可重复的数据至关重要，而理论和计算方法则有助于将分子尺度上的机制与宏观预测联系起来。这些未解决的问题使得难以确保木材基材料在波动环境中的服务可靠性，因为传统模型难以捕捉各向异性、历史依赖性、机械-吸附现象和长期变形。此外，虽然历史上将水分引起的膨胀和收缩视为需要抑制的尺寸不稳定性，但将这种吸湿活性重新定义为可利用的结构编码功能来源既是重要的研究前沿，也是核心的工程挑战。
为了解决这些挑战，本文沿着结构-性能-功能的线索组织了木材-水相互作用的内容，并将最新的理解、表征和建模成果联系起来，以服务于研究和工程应用。我们首先介绍了木材的层次解剖结构和化学组成，以确定水分的吸附位点和储存库。然后区分了木材孔道和细胞壁中的水分状态，并阐明了两个相关的FSP概念，即吸湿极限和细胞壁饱和度。接下来，我们在孔隙力学框架下探讨了水分吸附、滞后现象和扩散过程。接着讨论了水分对细胞壁的影响。我们总结了现代的原位表征方法，并指出了如何通过这些测量结果进行跨尺度建模，从密度泛函理论（DFT）和分子动力学（MD）模拟到有限元（FE）多物理场模拟。最后，我们调查了木材功能化的新兴前沿，重点关注湿致驱动、自成形、定向液体传输和可编程4D打印木材复合材料等应用。
