铝合金、钛合金和碳纤维等轻质高强材料的发现和广泛应用深刻影响了人类的生活。然而,这些传统材料在生产过程中存在能耗高、回收难等环境挑战。近年来,随着全球环境压力加剧,开发基于可再生资源的高性能新材料已成为材料科学的重要前沿领域,研究者正致力于将可持续发展与高性能需求相结合。木皮是由可再生天然木材厚度减薄后获得的一种可持续材料,其柔性特征极大拓展了其应用领域。然而,厚度减薄后的木皮十分脆弱,难以获得广泛的实际应用。这是由于切削过程中刀具路径难以完全保持木材纤维轴向一致性,导致表面 1~2 个细胞深度内的纤维断裂或层间剥离,这些缺陷在薄木皮体积中所占的比例远远高于厚木块,因此木皮的强度往往低于木材的强度。目前,致密化强化策略在木材领域获得了极大成功,获得了强度媲美钢铁的超强木材。但这一强化策略应用于薄木皮时效果不佳。
日前,南京大学祝名伟教授团队同时克服了天然木材缺乏柔韧性和天然木皮强度太低的缺点,开发了一种超强超柔木皮新材料。通过引入再生纤维素实现了针对缺陷的修复,重新建立了木皮表面受损纤维之间的连接,同时在木皮细胞之间以及细胞壁内的纳米纤维之间建立密集的氢键连接,从而极大提升了其拉伸强度。它的拉伸强度高达578.4 MPa,是天然木皮的10倍,超过了7075铝合金和碳纤维复合织物,并保留了木材美丽的木质纹理。
该研究将为新型环境友好的高强度柔性木质纤维材料的研究和工程应用提供新的思路和材料。论文以“An ultra-strong and ultra-flexible wood veneer via fiber interaction enhancement and defect reduction”为题发表在《ACS nano》。该研究得到了国家自然科学基金(91963211、92463303)的资助。
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