Transformation of Bamboo: From Multiscale Fibers to Robust and Degradable Cellulose‐Based Materials for Plastic Substitution

竹子 材料科学 纤维素 环境友好型 复合材料 韧性 成形性 生物降解 环境污染 化学工程 有机化学 化学 工程类 生态学 环境保护 环境科学 生物
作者
Juan Hu,Yahui Zhang,Yingqi He,Zhitao Su,Wan-Li Lao,Shaodi Zhang,Yanglun Yu,Wenji Yu,Yuxiang Huang
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:21 (27): e2411339-e2411339 被引量:10
标识
DOI:10.1002/smll.202411339
摘要

Abstract Bamboo is an ideal candidate to replace traditional plastics, reduce environmental pollution, and promote harmony between nature and humanity owing to its rapid growth and renewability. However, achieving arbitrary shape‐shifting of bamboo while retaining its high strength and degradability remains challenging. This study uses multiscale interface engineering to transform bamboo into a robust, biodegradable, and moldable bamboo cellulose‐based material. First, natural bamboo is deconstructed into cellulose fibers, including macro‐ and nanofibers. Subsequently, the fibers are constructed into high‐performance materials using physical and chemical methods, such as surface charge treatment, ion cross‐linking, and dense hydrogen bonding networks. The prepared multiscale bamboo cellulose‐based materials exhibit excellent properties, with a high specific strength (≈271.8 kN m kg −1 ), high impact toughness (≈58 kJ m −2 ), low thermal expansion coefficient (1.19 × 10 −6 K −1 ), excellent formability and biodegradability, and minimal environmental impacts. These properties are superior to those of current commercial plastics and other biomass‐derived structural materials. Furthermore, the mechanical properties of the materials can be customized by adjusting the layup configuration, enabling a transition from anisotropic to isotropic characteristics. This transformation demonstrates the significant potential of bamboo for plastic substitution and advances the development of environmentally friendly materials.
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