新工藝可以使木材像鈦合金一樣堅固 但更輕更便宜

馬里蘭大學帕克分校(UMD)的工程師們已經(jīng)找到了一種方法，使木材的強度比以前強10倍以上，形成比許多鈦合金更強的天然物質。

“這種處理木材的新方法使它比天然木材強12倍，強度高10倍，”UMD的A. James Clark工程學院的Henry Liang和進行研究的團隊負責人表示，將于2月8日發(fā)表。 ，2018年在自然雜志上。“這可能是鋼鐵甚至鈦合金的競爭對手，它非常堅固耐用。它也可以與碳纖維相媲美，但價格便宜得多。” 胡先生是材料科學與工程副教授，也是馬里蘭州能源創(chuàng)新研究所的成員。

“它既強壯又堅韌，這是自然界常見的組合，”團隊的聯(lián)合負責人Teng Li和UMD克拉克學院機械工程副教授Samuel P. Langley說道。他的團隊測量了密集木材的機械性能。“它與鋼一樣堅固，但重量輕六倍。它比天然木材的斷裂能耗高10倍。它甚至可以在加工開始時彎曲和成型。”

該團隊還通過射擊類似子彈的射彈測試了新木材和天然木材。射彈直接吹過天然木材。經(jīng)過充分處理的木材使射彈在中途停止。

“像松樹或輕木一樣的軟木，生長快，環(huán)保，可以取代生長緩慢但密度較大的木材，如家具或建筑物中的柚木，”胡說。

“該論文為輕質，高性能結構材料的設計提供了極具前景的途徑，具有巨大的潛力，適用于需要高強度，高韌性和優(yōu)異防彈性的廣泛應用，”Brown教授高華建說。沒有參與這項研究的大學。“特別令人興奮的是，該方法適用于各種木材，并且相當容易實施。”

“這種木材可用于汽車，飛機，建筑物 - 任何使用鋼材的應用，”胡說。

“本文報道的兩步法實現(xiàn)了極高的強度，遠遠超出文獻報道的水平，”哈佛大學力學與材料學教授Zhigang Suo也表示不參與該研究。“鑒于木材豐富，以及其他富含纖維素的植物，本文激發(fā)了想象力。”

“在我看來，最出色的觀察是木質素的有限濃度，木質細胞之間的粘合劑，以最大限度地提高致密木材的機械性能。去除太少或太多的強度與最大值相比降低了強度在中間或部分木質素去除中實現(xiàn)了這一點。這揭示了氫鍵與這種多酚化合物賦予的粘合之間的微妙平衡。此外，具有突出意義的事實是，木材致密化導致兩者，增加強度和韌性，兩個性質通常相互抵消，“芬蘭阿爾托大學教授奧蘭多·羅哈斯說。

胡的研究探索了木材天然納米技術的能力。他們之前使用納米纖維素相關材料制造了一系列新興技術：(1)用于替代塑料的超透明紙; (2)光子紙，用于將太陽能電池效率提高30%; (3)木質電池和超級電容器; (4)一片葉子的電池; (5)用于節(jié)能建筑的透明木材; (6)太陽能海水淡化飲用，專門過濾掉有毒染料。這些以木材為基礎的新興技術正通過UMD衍生公司Inventwood LLC進行商業(yè)化。