Shape and Stiffness Switchable Hydroplastic Wood with Programmability and Reproducibility

材料科学 润湿 复合材料 水分 表面张力 蒸发 量子力学 热力学 物理
作者
Tao Zhang,Daotong Zhang,Weimin Chen,Yan Chen,Kai Yang,Pei Yang,Qi Quan,Zhao Li,Ke Zhou,Minzhi Chen,Xiaoyan Zhou
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:17 (23): 23524-23534 被引量:25
标识
DOI:10.1021/acsnano.3c06322
摘要

Stiffness switchable materials (e.g., supramolecular polymers, metals) that alter their shape and mechanical properties in response to specific stimuli are potentially utilized in the structural engineering field but still limited due to the use of petroleum-based synthetic monomers and large energy consumption. Herein, a sustainable and facile solvent casting strategy is proposed to fabricate the "hydroplastic wood" with shape and stiffness switchable properties via cell wall wetting, cell wall softening and subsequent moisture evaporation. Therein, a wetting agent with low surface tension and low viscosity is utilized for covering the rough surface of solid wood to form a liquid lubricating layer, thereby increasing the interfacial wettability and achieving uniform softening of the cell walls. This interface wetting treatment can easily break through the hydro-plasticization process for thick wood (Balsa wood, Ochroma lagopus Swartz, density: 0.25 g/cm3; Pinewood, Pinus armandii, density: 0.38 g/cm3). Additionally, the capillary force arising from moisture evaporation induces the self-densification of oriented cellulose nanofibrils and achieves moisture-mediated shape design capabilities through periodic saturation-dehydration. This work makes hydroplastic wood a promising candidate for engineering materials because of its combined advantages of strong durability, formability, and load-carrying capacity.
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