Biomimetic bone tissue structure: An ultrastrong thermal energy storage wood

复合数 材料科学 热稳定性 聚氨酯 极限抗拉强度 化学工程 纤维素 热能储存 聚合物 相变 动态力学分析 复合材料 工程类 物理 生物 量子力学 生态学
作者
Xianxian Lin,Chendong Qiu,Kailin Wang,Yi Zhang,Caichao Wan,Fan Mizi,Yiqiang Wu,Wei Sun,Guo Xi
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:457: 141351-141351 被引量:16
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.141351
摘要

Phase change material (PCM) with thermal energy storage capacity and automatic temperature regulation hold tremendous potential for construction energy conservation. However, conventional PCMs often exhibits liquid leakage, volume change and insufficient mechanical property, which are prone to load-bearing accidents, hindering their application as an engineering building material. Herein, inspired by the oriented “brick-and-mortar” structure in bone, we report a facile strategy to develop a form-stable, ultrastrong and highly energy-stored composite wood-based PCM (PWPCM) via in-situ polymerization of polyurethane-based PCM using hierarchically well-aligned wood as bio-template. PWPCM showed high tensile strength of 81.9 MPa and elastic modulus of 10.2 GPa along the longitudinal direction due to the well-aligned cellulose nanofibrils arrays and the “brick-and-mortar” structure based on strong intermolecular bonding between cellulose and PCM chains, as confirmed by molecular dynamic simulations. PWPCM was 73.4 times stronger than pure PCM, and 4–40 times as high as most conventional PCMs ever reported, representing one of the strongest composite PCMs. Benefited from the high-loading PCM, PWPCM showed wide phase transition temperature range and high enthalpy of 116.1 J/g, together with outstanding temperature regulation and shape-stability. This work provides a promising strategy for fabricating low-cost, eco-friendly, strong wood-based PCM for energy-saving construction and intelligent agriculture.
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