《ACS Nano》木质纤维素基轻质高强结构材料

可再生、可降解、碳中性、低成本、来源丰富的天然木质纤维素由于其可与传统增强纤维相媲美的高比强度而一直备受建筑和家具行业的青睐。近日，浙江农林大学金春德和孙庆丰研究小组通过将脱除部分木质素和半纤维素的填木质纤维素与磷酸氢钙通过机械热磨法复合，在经过真空水流定向组装和热压，获得了层状结构密实化的纳米木质纤维素/磷酸氢钙复合材料。木质纤维素表面丰富的羧基和羟基与磷酸氢钙上的钙离子和四面体PO4通过离子键和氢键结合（Velcro效应），有较强的相互作用力。通过对其断裂机理和理论仿真模型的分析，层状结构在断裂的过程中发生裂纹偏转，裂纹分支和裂纹桥接，避免了应力集中，对于复合材料的力学性能有较强的提升。同时层层密实化的纤维相对滑动所需要的摩擦力进一步阻碍了其断裂。制备的纳米木质纤维素/磷酸氢钙复合材料的力学性能高于大部分的木质纤维基复合材料，其比强度甚至能够比肩于一些金属和合金。

该论文第一作者为浙江农林大学硕士研究生陈逸鹏，他和研究小组认为该研究实现了从木质纤维素到磷酸氢钙的有效应变传递，解析了天然有机分子和无机质2种异质材料间力学的相互作用机制，该研究将为制备更高力学强度的木质纤维素基轻质高强结构材提供新的研究策略。

研究报告发表于《ACS Nano》杂志。

全文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.8b06409 

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