木质纤维素基轻质高强结构材

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（点击查看介绍）和孙庆丰（点击查看介绍）研究小组通过将脱除部分木质素和半纤维素的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。

近几十年来，廉价而丰富的木质纤维素一直被用作建筑和家具的原材料。然而，大多数木质纤维素基复合材料的力学性能并不满足于先进工程材料的应用。目前有很多方法对木质纤维素基复合材料进行预处理，改善了木质纤维素基复合材料的力学性能。但所获得的复合材料致密化程度不高，韧性较差。无机填充的木质纤维素基复合材料的力学性能低于理论和实验确定的预期值，主要是由于难以获得分散良好的增强材料和缺乏对结构的控制。

浙江农林大学团队利用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两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。

这一成果近期发表在ACS Nano上，文章的第一作者是浙江农林大学硕士研究生陈逸鹏。

该论文作者为：Yipeng Chen, Baokang Dang, Chunde Jin, Qingfeng Sun

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Processing Lignocellulose-Based Composites into an Ultrastrong Structural Material

ACS Nano, 2018, DOI: 10.1021/acsnano.8b06409

陈逸鹏硕士简介

陈逸鹏，浙江农林大学硕士研究生。2016年浙江农林大学高分子材料与工程专业毕业，同年考取本校木材科学与技术专业研究生。

陈逸鹏硕士阶段主要从事仿生珍母贝结构木质无胶胶合新材料及其高值化研究工作。已发表SCI学术论文18篇，包括以第一作者发表的ACS Nano, ACS Appl. Mater. Inter.、Ind. Crop. Prod.等。研究成果曾被《高分子科学前沿》报导。曾获研究生国家奖学金，全国林科优秀毕业生，梁希青年论文三等奖等。

金春德

https://www.x-mol.com/university/faculty/50236

孙庆

https://www.x-mol.com/university/faculty/50237