具有层级仿珍珠母增韧的可打印、可浇铸纳米晶纤维素-环氧复合材料
应用物理
2021-08-20 v1
摘要
由于其优异的力学与化学性能以及天然丰富性，纤维素纳米晶（CNCs）是可持续聚合物复合材料大有前景的构筑基元。然而，CNC 分散体的快速凝胶化通常将 CNC 基复合材料的 CNC 含量限制在较低水平，其中聚合物仍占主导相。本文报道了 CNC 分数超过 50 wt.% 的交联 CNC-环氧复合材料的配方与加工。其微观结构由与聚合物交联的 CNC 亚微米聚集体构成，类似于珍珠母的层状结构，并促进了与宏观延性行为相关的增韧机制，尽管这些聚集体在纳米尺度上表现脆性行为。在 63 wt.% CNC 时，复合材料呈现 0.66 GPa 的硬度和 5.2 MPa.m 的断裂韧性。该全有机材料的硬度可与铝合金相媲美，其在厘米尺度上的断裂韧性与木材细胞壁相当。我们展示了 CNC-环氧复合材料物件可由凝胶前驱体通过直写打印和浇铸成型，而固化后的复合材料可加工成复杂 3D 形状。该配方、加工路线以及我们从多尺度方法获得的关于增韧机制的见解，可广泛适用于高负载纳米复合材料。
引用
@article{arxiv.2108.08747,
title = {Printable, castable, nanocrystalline cellulose-epoxy composites exhibiting hierarchical nacre-like toughening},
author = {Abhinav Rao and Thibaut Divoux and Crystal Owens and A. John Hart},
journal= {arXiv preprint arXiv:2108.08747},
year = {2021}
}