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南京林業(yè)大學(xué)周曉燕教授團(tuán)隊(duì)《ACS Nano》：高強(qiáng)度木材的可塑加工新進(jìn)展
  發(fā)布日期：2023-12-20

剛度可調(diào)的材料可以根據(jù)特定的刺激（如溫度，濕度）改變其形狀和機(jī)械性能，在先進(jìn)的工程領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用前景，但仍受限于石油基單體的使用和機(jī)械強(qiáng)度低等問(wèn)題。木材作為一種可再生、來(lái)源廣泛的生物質(zhì)材料，其次生壁S2層微纖絲天然取向結(jié)構(gòu)為開(kāi)發(fā)高強(qiáng)度木材提供了獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

為了充分利用木材的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，南京林業(yè)大學(xué)周曉燕教授團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種可持續(xù)且簡(jiǎn)單的溶劑加工策略，將天然木材制備成具有優(yōu)異力學(xué)性能和可塑性的異型木材。通過(guò)采用低表面張力、低粘度的潤(rùn)濕試劑填充并覆蓋木材的粗糙結(jié)構(gòu)，以此來(lái)降低軟化試劑向木材內(nèi)部滲透的界面阻力，從而實(shí)現(xiàn)木材的均勻軟化。在此基礎(chǔ)上，利用水分蒸發(fā)產(chǎn)生的毛細(xì)力誘導(dǎo)定向微纖絲自發(fā)聚集，并通過(guò)周期性的保水和脫水同步實(shí)現(xiàn)木材形狀的可加工性和剛度的可調(diào)節(jié)性。異型木材的縱向抗拉強(qiáng)度和橫向抗拉強(qiáng)度分別達(dá)到557.59 ± 31.57 MPa，105.76 ± 13.63 MPa，比強(qiáng)度甚至超過(guò)一些金屬及合金材料。此外，經(jīng)過(guò)10次變形循環(huán)后，異型木材的抗拉強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度僅下降7.7%（抗拉強(qiáng)度）和10.1%（抗彎強(qiáng)度），證明了其出色的循環(huán)使用穩(wěn)定性。通過(guò)形狀設(shè)計(jì)，重量?jī)H為3.51 g的異型木材能夠支撐三個(gè)體重均為70 kg的成年人的重量，其抗壓強(qiáng)度可以達(dá)到5.04 MPa。這種優(yōu)異的承載力和出色的抗疲勞性的融合，拓寬了異型木材在工程領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。

南京林業(yè)大學(xué)周曉燕教授團(tuán)隊(duì)在國(guó)際知名期刊《ACS Nano》上在線發(fā)表題為“Shape and stiffness switchable hydroplastic wood with programmability and reproducibility”的研究論文（DOI: 10.1021/acsnano.3c06322）。材料院博士研究生張濤為第一作者，周曉燕教授、陳敏智副教授和蘇州大學(xué)周柯副教授為通訊作者。該成果得到了國(guó)家自然科學(xué)基金等科研項(xiàng)目資助。

文章鏈接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.3c06322

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