Superstrong, sustainable, origami wood paper enabled by dual-phase nanostructure regulation in cell walls

韧性 纳米结构 材料科学 无定形固体 极限抗拉强度 纳米技术 木质素 杠杆(统计) 复合材料 对偶(语法数字) 计算机科学 化学 艺术 文学类 有机化学 机器学习
作者
Jianfu Tang,Lianping Wu,Xueqin Fan,Xiaofei Dong,Xueqi Li,Yanjun Xie,Jian Li,Jiancun Rao,Teng Li,Wentao Gan
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:10 (30): eado5142-eado5142 被引量:49
标识
DOI:10.1126/sciadv.ado5142
摘要

Constructing a crystalline-amorphous hybrid structure is an effective strategy to overcome the conflict between the strength and toughness of materials. However, achieving such a material structure often involves complex, energy-intensive processing. Here, we leverage the natural wood featuring coexisting crystalline and amorphous regions to achieve superstrong and ultratough wood paper (W-paper) via a dual-phase nanostructure regulation strategy. After partially removing amorphous hemicellulose and eliminating most lignin, the treated wood can self-densify through an energy-efficient air drying, resulting in a W-paper with high tensile strength, toughness, and folding endurance. Coarse-grained molecular dynamics simulations reveal the underlying deformation mechanism of the crystalline and amorphous regions inside cell walls and the failure mechanism of the W-paper under tension. Life cycle assessment reveals that W-paper shows a lower environmental impact than commercial paper and common plastics. This dual-phase nanostructure regulation based on natural wood may provide valuable insights for developing high-performance and sustainable film materials.
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