新工藝可以使木材像鈦合金一樣堅(jiān)固 但更輕更便宜

馬里蘭大學(xué)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(qiáng)度比以前強(qiáng)10倍以上，形成比許多鈦合金更強(qiáng)的天然物質(zhì)。

“這種處理木材的新方法使它比天然木材強(qiáng)12倍，強(qiáng)度高10倍，”UMD的A. James Clark工程學(xué)院的Henry Liang和進(jìn)行研究的團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)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(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，它非常堅(jiān)固耐用。它也可以與碳纖維相媲美，但價(jià)格便宜得多。” 胡先生是材料科學(xué)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(qiáng)壯又堅(jiān)韌，這是自然界常見(jiàn)的組合，”團(tuán)隊(duì)的聯(lián)合負(fù)責(zé)人Teng Li和UMD克拉克學(xué)院機(jī)械工程副教授Samuel P. Langley說(shuō)道。他的團(tuán)隊(duì)測(cè)量了密集木材的機(jī)械性能。“它與鋼一樣堅(jiān)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(kāi)始時(shí)彎曲和成型。”

該團(tuán)隊(duì)還通過(guò)射擊類(lèi)似子彈的射彈測(cè)試了新木材和天然木材。射彈直接吹過(guò)天然木材。經(jīng)過(guò)充分處理的木材使射彈在中途停止。

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

“該論文為輕質(zhì)，高性能結(jié)構(gòu)材料的設(shè)計(jì)提供了極具前景的途徑，具有巨大的潛力，適用于需要高強(qiáng)度，高韌性和優(yōu)異防彈性的廣泛應(yīng)用，”Brown教授高華建說(shuō)。沒(méi)有參與這項(xiàng)研究的大學(xué)。“特別令人興奮的是，該方法適用于各種木材，并且相當(dāng)容易實(shí)施。”

“這種木材可用于汽車(chē)，飛機(jī)，建筑物 - 任何使用鋼材的應(yīng)用，”胡說(shuō)。

“本文報(bào)道的兩步法實(shí)現(xiàn)了極高的強(qiáng)度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出文獻(xiàn)報(bào)道的水平，”哈佛大學(xué)力學(xué)與材料學(xué)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(lái)，最出色的觀察是木質(zhì)素的有限濃度，木質(zhì)細(xì)胞之間的粘合劑，以最大限度地提高致密木材的機(jī)械性能。去除太少或太多的強(qiáng)度與最大值相比降低了強(qiáng)度在中間或部分木質(zhì)素去除中實(shí)現(xiàn)了這一點(diǎn)。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(shí)是，木材致密化導(dǎo)致兩者，增加強(qiáng)度和韌性，兩個(gè)性質(zhì)通常相互抵消，“芬蘭阿爾托大學(xué)教授奧蘭多·羅哈斯說(shuō)。

胡的研究探索了木材天然納米技術(shù)的能力。他們之前使用納米纖維素相關(guān)材料制造了一系列新興技術(shù)：(1)用于替代塑料的超透明紙; (2)光子紙，用于將太陽(yáng)能電池效率提高30%; (3)木質(zhì)電池和超級(jí)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(yáng)能海水淡化飲用，專(zhuān)門(mén)過(guò)濾掉有毒染料。這些以木材為基礎(chǔ)的新興技術(shù)正通過(guò)UMD衍生公司Inventwood LLC進(jìn)行商業(yè)化。