近期,木材科学与技术学科研究生党支部陈逸鹏同志以第一作者撰写的论文“Processing Lignocellulose-Based Composites into an Ultrastrong Structural Material”发表在国际顶级材料科学杂志《ACS Nano》(IF=13.709)上。该论文系我院开展研究生教育以来由学生第一作者发表的影响因子最高的论文,是林业工程学科研究生培养中的标志性成果。
该研究成果利用木质纤维素表面丰富的羧基和羟基与磷酸氢钙上的钙离子和四面体PO4通过离子键和氢键结合(Velcro效应),有较强的相互作用力。通过对其断裂机理和理论仿真模型的分析,层状结构在断裂的过程中发生裂纹偏转,裂纹分支和裂纹桥接,避免了应力集中,对于复合材料的力学性能有较强的提升。同时层层密实化的纤维相对滑动所需要的摩擦力进一步阻碍了其断裂。制备的纳米木质纤维素/磷酸氢钙复合材料的力学性能高于大部分的木质纤维基复合材料,其比强度甚至能够比肩于一些金属和合金。该研究实现了从木质纤维素到磷酸氢钙的有效应变传递,解析了天然有机分子和无机质2种异质材料间力学的相互作用机制,将为制备更高力学强度的木质纤维素基轻质高强结构材提供新的研究策略。
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