Solid Wood Modification toward Anisotropic Elastic and Insulative Foam-Like Materials

材料科学 复合材料 层状结构 木质素 纤维素 气凝胶 结晶度 化学工程 工程类 有机化学 化学
作者
Xuetong Shi,Ran Bi,Zhangmin Wan,Feng Jiang,Orlando J. Rojas
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:18 (11): 7959-7971 被引量:2
标识
DOI:10.1021/acsnano.3c10650
摘要

The methods used to date to produce compressible wood foam by top-down approaches generally involve the removal of lignin and hemicelluloses. Herein, we introduce a route to convert solid wood into a super elastic and insulative foam-like material. The process uses sequential oxidation and reduction with partial removal of lignin but high hemicellulose retention (process yield of 72.8%), revealing fibril nanostructures from the wood's cell walls. The elasticity of the material is shown to result from a lamellar structure, which provides reversible shape recovery along the transverse direction at compression strains of up to 60% with no significant axial deformation. The compressibility is readily modulated by the oxidation degree, which changes the crystallinity and mobility of the solid phase around the lumina. The performance of the highly resilient foam-like material is also ascribed to the amorphization of cellulosic fibrils, confirmed by experimental and computational (molecular dynamics) methods that highlight the role of secondary interactions. The foam-like wood is optionally hydrophobized by chemical vapor deposition of short-chained organosilanes, which also provides flame retardancy. Overall, we introduce a foam-like material derived from wood based on multifunctional nanostructures (anisotropically compressible, thermally insulative, hydrophobic, and flame retardant) that are relevant to cushioning, protection, and packaging.
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