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Cross-Sections of Nanocellulose from Wood Analyzed by Quantized Polydispersity of Elementary Microfibrils

纳米纤维素 材料科学 纳米尺度 纤维素 复合材料 纳米纤维 各向异性 分散性 微纤维 化学工程 纳米技术 高分子化学 光学 物理 工程类
作者
Tomas Rosén,Hongrui He,Ruifu Wang,Chengbo Zhan,Shirish Chodankar,Andreas Fall,Christian Aulin,Per Tomas Larsson,Tom Lindström,Benjamin S. Hsiao
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:14 (12): 16743-16754 被引量:53
标识
DOI:10.1021/acsnano.0c04570
摘要

Bio-based nanocellulose has been shown to possess impressive mechanical properties and simplicity for chemical modifications. The chemical properties are largely influenced by the surface area and functionality of the nanoscale materials. However, finding the typical cross-sections of nanocellulose, such as cellulose nanofibers (CNFs), has been a long-standing puzzle, where subtle changes in extraction methods seem to yield different shapes and dimensions. Here, we extracted CNFs from wood with two different oxidation methods and variations in degree of oxidation and high-pressure homogenization. The cross-sections of CNFs were characterized by small-angle X-ray scattering and wide-angle X-ray diffraction in dispersed and freeze-dried states, respectively, where the results were analyzed by assuming that the cross-sectional distribution was quantized with an 18-chain elementary microfibril, the building block of the cell wall. We find that the results agree well with a pseudosquare unit having a size of about 2.4 nm regardless of sample, while the aggregate level strongly depends on the extraction conditions. Furthermore, we find that aggregates have a preferred cohesion of phase boundaries parallel to the (110)-plane of the cellulose fibril, leading to a ribbon shape on average.
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