胡良兵今日Nature：小小木材到高性能結構材料的飛躍

Allen 6年前 (2018-02-07) 7821瀏覽

【引言】

具有優異機械性能的合成結構材料由于大的重量和不利的環境影響或復雜的制造工藝導致成本較高（例如聚合物基和仿生復合材料）。天然木材是一種低成本和極具研究價值的材料，被用作建筑和家具的結構材料已有數千年的歷史。然而，天然木材的機械性能（其強度和韌性）不能滿足許多先進的工程結構和應用。用蒸汽，氨水或冷軋預處理，然后致密化，可以使得天然木材機械性能的提高。然而，現有的方法導致致密化程度不足，缺乏尺寸穩定性，特別是對于潮濕環境，并且以這些方式處理的木材可能膨脹和變弱。

【成果簡介】

北京時間2018年2月8日，Nature在線發表了馬里蘭大學胡良兵、Teng Li（共同通訊）題為“Processing bulk natural wood into a high-performance structural material”的文章，團隊研發出了一種簡單而有效的策略，將塊狀天然木材直接轉變成高性能結構材料，其強度，韌性和防彈性提高了十倍，并具有更大的尺寸穩定性。通過在NaOH和Na₂SO₃的含水混合物中的沸騰過程從天然木材中部分去除木質素和半纖維素，隨后進行熱壓，導致細胞壁的完全塌陷和天然木材與高度一致的纖維素納米纖維的完全致密化。這種策略被證明對各種木材都是普遍有效的，該加工木材具有比大多數結構金屬和合金更高的比強度，使其成為低成本，高性能，輕量級的替代品。

【圖文導讀】

圖1 致密度高的木材加工方法和力學性能

圖2 天然木材和致密木材的結構表征