Large-area, high-strength cellulose nanocomposites enhanced by confined polymer nanocrystallization in Bouligand structures

纳米复合材料 材料科学 极限抗拉强度 聚合物 结晶度 纤维素 韧性 复合材料 聚合物纳米复合材料 纳米棒 化学工程 纳米技术 工程类
作者
Shengwen Kong,Chuangqi Zhao,Yingzhi Sun,Jin Huang,Longhao Zhang,Yunfei Ru,Hangsheng Zhou,Tianxu Zhou,Mingjie Liu
出处
期刊:Matter [Elsevier]
卷期号:7 (6): 2250-2264 被引量:8
标识
DOI:10.1016/j.matt.2024.04.014
摘要

Sustainable and biodegradable materials derived from biomass are appealing candidates to replace fossil-based materials. However, the mechanical performance of biomass is insufficient for practical applications. Here, inspired by fish scales, we report a strategy to construct large-area, high-strength cellulose nanocrystal (CNC) nanocomposites with confined polymer nanocrystallization in Bouligand structures. By regulating the electrostatic repulsion of CNCs, the spacing of nanorods was reduced from 8.8 ± 0.4 to 5.0 ± 0.3 nm, and the crystallinity of the interphase extended polymer chains was regulated within such a confined space. The resulting nanocomposite films exhibited a tensile strength of 456.6 ± 18.6 MPa. Moreover, the nanocomposite films could be laminated to bulk materials, which exhibit excellent fracture toughness of 7.1 ± 0.2 MPa m1/2 and hardness of 6.1 ± 0.6 GPa while being light in weight. This efficient cellulose utilization strategy offered a promising pathway for the production of robust, biodegradable, and sustainable cellulosic bioplastics.
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