Single-Cycle Atomic Layer Deposition on Bulk Wood Lumber for Managing Moisture Content, Mold Growth, and Thermal Conductivity

原子层沉积 含水量 润湿 材料科学 热导率 模具 水分 化学工程 复合材料 图层(电子) 岩土工程 工程类
作者
Shawn A. Gregory,Connor P. McGettigan,Emily K. McGuinness,David Misha Rodin,Shannon K. Yee,Mark D. Losego
出处
期刊:Langmuir [American Chemical Society]
卷期号:36 (7): 1633-1641 被引量:10
标识
DOI:10.1021/acs.langmuir.9b03273
摘要

Wood is a universal building material. While highly versatile, many of its critical properties vary with water content (e.g., dimensionality, mechanical strength, and thermal insulation). Treatments to control the water content in wood have many technological applications. This study investigates the use of single-cycle atomic layer deposition (1cy-ALD) to apply <1 nm Al2O3, ZnO, or TiO2 coatings to various bulk lumber species (pine, cedar, and poplar) to alter their wettability, fungicidal, and thermal transport properties. Because the 1cy-ALD process only requires a single exposure to the precursors, it is potentially scalable for commodity product manufacturing. While all ALD chemistries are found to make the wood's surface hydrophobic, wood treated with TiO2 (TiCl4 + H2O) shows the greatest bulk water repellency upon full immersion in water. In situ monitoring of the chamber reaction pressure suggests that the TiCl4 + H2O chemistry follows reaction-rate-limited processing kinetics that enables deeper diffusion of the precursors into the wood's fibrous structure. Consequently, in humid or moist environments, 1cy-ALD (TiCl4 + H2O) treated lumber shows a 4 times smaller increase in thermal conductivity and improved resistance to mold growth compared to untreated lumber.

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