Tunable Wood by Reversible Interlocking and Bioinspired Mechanical Gradients

خشب قابل للضبط عبر التعشيق القابل للعكس والتدرجات الميكانيكية المستوحاة حيويًا

Clicks: 356
ID: 261301
2019
Article Quality & Performance Metrics
Overall Quality
Not rated
Combines reader engagement with the AI quality analysis. This article has not been analysed, so there is no overall score — reader engagement is measured and shown alongside.
AI Quality Assessment
Not analyzed
Readership in this journal
Popular

Ranked #1 of 4 articles by views in advanced science

Most read Least read

Bar heights use a square-root scale.

Mint this article as an NFT
Not yet minted

Create a permanent, verifiable on-chain record of this article on the Scimatic Network. The NFT is held in your Journament account, and you can withdraw it to your own wallet at any time.

5 SUSD one-off · no wallet required
Abstract
Abstract Elegant design principles in biological materials such as stiffness gradients or sophisticated interfaces provide ingenious solutions for an efficient improvement of their mechanical properties. When materials such as wood are directly used in high‐performance applications, it is not possible to entirely profit from these optimizations because stiffness alterations and fiber alignment of the natural material are not designed for the desired application. In this work, wood is turned into a versatile engineering material by incorporating mechanical gradients and by locally adapting the fiber alignment, using a shaping mechanism enabled by reversible interlocks between wood cells. Delignification of the renewable resource wood, a subsequent topographic stacking of the cellulosic scaffolds, and a final densification allow fabrication of desired 3D shapes with tunable fiber architecture. Additionally, prior functionalization of the cellulose scaffolds allows for obtaining tunable functionality combined with mechanical gradients. Locally controllable elastic moduli between 5 and 35 GPa are obtained, inspired by the ability of trees to tailor their macro‐ and micro‐structure. The versatility of this approach has significant relevance in the emerging field of high‐performance materials from renewable resources.
الملخص: توفر مبادئ التصميم المتقنة في المواد الحيوية، مثل تدرجات الصلابة أو الواجهات البينية المتطورة، حلولاً بارعة للتحسين الفعال لخواصها الميكانيكية. وعند استخدام مواد مثل الخشب مباشرة في تطبيقات عالية الأداء، يتعذر الاستفادة الكاملة من هذه التحسينات؛ نظراً لأن التباينات في الصلابة ومحاذاة الألياف في المادة الطبيعية غير مصممة لتلائم التطبيق المنشود. في هذا العمل، تم تحويل الخشب إلى مادة هندسية متعددة الاستخدامات عبر دمج التدرجات الميكانيكية والمواءمة الموضعية لمحاذاة الألياف، باستخدام آلية تشكيل تتيحها التشابكات العكوسة بين خلايا الخشب. وتسمح إزالة اللجنين من الخشب كمورد متجدد، يعقبها تراصف طبوغرافي للسقالات السليولوزية، وتكثيف نهائي، بتصنيع أشكال ثلاثية الأبعاد مرغوبة ذات بنية ليفية قابلة للضبط. علاوة على ذلك، يتيح التفعيل الوظيفي المسبق للسقالات السليولوزية الحصول على وظائفية قابلة للضبط مقترنة بتدرجات ميكانيكية. وقد تم الحصول على معاملات مرونة يمكن التحكم بها موضعياً تتراوح بين 5 و35 غيغاباسكال، استلهاماً من قدرة الأشجار على تكييف بنيتها العيانية والمجهرية. وتحظى مرونة هذا النهج وتعدد استخداماته بأهمية بالغة في المجال الواعد للمواد عالية الأداء المشتقة من الموارد المتجددة.
Reference Key
frey2019tunableadvanced Use this key to autocite in the manuscript while using SciMatic Manuscript Manager or Thesis Manager
Authors Frey, Marion;Biffi, Giulia;Adobes‐Vidal, Maria;Zirkelbach, Meri;Wang, Yaru;Tu, Kunkun;Hirt, Ann M.;Masania, Kunal;Burgert, Ingo;Keplinger, Tobias;
Journal advanced science
Year 2019
DOI
10.1002/advs.201802190
URL
Keywords

Citations

No citations found. To add a citation, contact the admin at info@scimatic.org

No comments yet. Be the first to comment on this article.