新工艺可以使木材像钛合金一样坚固 但更轻更便宜

马里兰大学帕克分校(UMD)的工程师们已经找到了一种方法，使木材的强度比以前强10倍以上，形成比许多钛合金更强的天然物质。

“这种处理木材的新方法使它比天然木材强12倍，强度高10倍，”UMD的A. James Clark工程学院的Henry Liang和进行研究的团队负责人表示，将于2月8日发表。 ，2018年在自然杂志上。“这可能是钢铁甚至钛合金的竞争对手，它非常坚固耐用。它也可以与碳纤维相媲美，但价格便宜得多。” 胡先生是材料科学与工程副教授，也是马里兰州能源创新研究所的成员。

“它既强壮又坚韧，这是自然界常见的组合，”团队的联合负责人Teng Li和UMD克拉克学院机械工程副教授Samuel P. Langley说道。他的团队测量了密集木材的机械性能。“它与钢一样坚固，但重量轻六倍。它比天然木材的断裂能耗高10倍。它甚至可以在加工开始时弯曲和成型。”

该团队还通过射击类似子弹的射弹测试了新木材和天然木材。射弹直接吹过天然木材。经过充分处理的木材使射弹在中途停止。

“像松树或轻木一样的软木，生长快，环保，可以取代生长缓慢但密度较大的木材，如家具或建筑物中的柚木，”胡说。

“该论文为轻质，高性能结构材料的设计提供了极具前景的途径，具有巨大的潜力，适用于需要高强度，高韧性和优异防弹性的广泛应用，”Brown教授高华建说。没有参与这项研究的大学。“特别令人兴奋的是，该方法适用于各种木材，并且相当容易实施。”

“这种木材可用于汽车，飞机，建筑物 - 任何使用钢材的应用，”胡说。

“本文报道的两步法实现了极高的强度，远远超出文献报道的水平，”哈佛大学力学与材料学教授Zhigang Suo也表示不参与该研究。“鉴于木材丰富，以及其他富含纤维素的植物，本文激发了想象力。”

“在我看来，最出色的观察是木质素的有限浓度，木质细胞之间的粘合剂，以最大限度地提高致密木材的机械性能。去除太少或太多的强度与最大值相比降低了强度在中间或部分木质素去除中实现了这一点。这揭示了氢键与这种多酚化合物赋予的粘合之间的微妙平衡。此外，具有突出意义的事实是，木材致密化导致两者，增加强度和韧性，两个性质通常相互抵消，“芬兰阿尔托大学教授奥兰多·罗哈斯说。

胡的研究探索了木材天然纳米技术的能力。他们之前使用纳米纤维素相关材料制造了一系列新兴技术：(1)用于替代塑料的超透明纸; (2)光子纸，用于将太阳能电池效率提高30%; (3)木质电池和超级电容器; (4)一片叶子的电池; (5)用于节能建筑的透明木材; (6)太阳能海水淡化饮用，专门过滤掉有毒染料。这些以木材为基础的新兴技术正通过UMD衍生公司Inventwood LLC进行商业化。