Functionalized Wood Veneers as Vibration Sensors: Exploring Wood Piezoelectricity and Hierarchical Structure Effects

压电 材料科学 复合材料 纤维素 微纤维 纳米尺度 智能材料 弯曲 变形(气象学) 纳米技术 化学工程 工程类
作者
Farsa Ram,Jonas Garemark,Yuanyuan Li,Torbjörn Pettersson,Lars A. Berglund
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:16 (10): 15805-15813 被引量:37
标识
DOI:10.1021/acsnano.2c04668
摘要

Functional wood materials often rely on active additives due to the weak piezoelectric response of wood itself. Here, we chemically modify wood to form functionalized, eco-friendly wood veneer for self-powered vibration sensors. Only the piezoelectricity of the cellulose microfibrils is used, where the drastic improvement comes only from molecular and nanoscale wood structure tuning. Sequential wood modifications (delignification, oxidation, and model fluorination) are performed, and effects on vibration sensing abilities are investigated. Wood veneer piezoelectricity is characterized by the piezoresponse force microscopy mode in atomic force microscopy. Delignification, oxidation, and model fluorination of wood-based sensors provide output voltages of 11.4, 23.2, and 60 mV by facilitating cellulose microfibril deformation. The vibration sensing ability correlates with improved piezoelectricity and increased cellulose deformation, most likely by large, local cell wall bending. This shows that nanostructural wood materials design can tailor the functional properties of wood devices with potential in sustainable nanotechnology.
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