2月8日，Nature在線發(fā)表了美國馬里蘭大學(xué)胡良兵教授和李騰教授研究團(tuán)隊(duì)關(guān)于超級(jí)木頭的最新發(fā)現(xiàn)。該研究團(tuán)隊(duì)發(fā)明了一種簡(jiǎn)單有效的方法可以把原生木材直接處理成為一種超強(qiáng)超韌的高性能結(jié)構(gòu)材料。
方法分為兩步，首先去除木材中部分木質(zhì)素，然后在100攝氏度的溫度下進(jìn)行壓縮。通過簡(jiǎn)單的兩步處理方式獲得的超級(jí)木頭的各項(xiàng)機(jī)械性能，包括拉壓彎強(qiáng)度、韌性、剛度、硬度、抗沖擊性能等， 都超出原生木材10倍以上。其拉伸強(qiáng)度達(dá)到587 MPa，可以和鋼材媲美；而比拉伸強(qiáng)度高達(dá)451 MPa cm^3/g，超過幾乎所有的金屬和合金材料，甚至包括鈦合金（244MPa cm^3/g）。馬里蘭大學(xué)的研究成果顯示，超級(jí)木頭100%源自原生木材，無任何添加物，加工方法適用于各類木材，而且在潮濕環(huán)境下性能穩(wěn)定。其機(jī)械性能超凡出眾，而且具有環(huán)保特質(zhì)和可再生性， 展示出超級(jí)木頭作為未來結(jié)構(gòu)材料之星的巨大潛力。
圖1. 木材處理工藝及力學(xué)性能
圖2. 天然木材和密實(shí)化木材結(jié)構(gòu)表征
圖3. 超凡出眾的機(jī)械性能
圖4.沖擊強(qiáng)力試驗(yàn)
對(duì)于這一令人興奮的結(jié)果，馬里蘭大學(xué)機(jī)械工程系李騰教授解釋說：“實(shí)現(xiàn)超級(jí)木頭高強(qiáng)度高韌性的本質(zhì)源自我們發(fā)明的這種木材處理方法的巧妙設(shè)計(jì)。經(jīng)過第一步部分去除原生木材中的木質(zhì)素，使得我們?cè)诘诙降臒釅哼^程后實(shí)現(xiàn)木材的完全致密化。經(jīng)過處理得到的超級(jí)木頭最大限度的消除了原生木材中存在于多尺度的本征缺陷， 因而決定了超級(jí)木頭的高強(qiáng)度；同時(shí)完全致密化有效促進(jìn)了木材中的纖維素納米纖維的有序排列程度和緊密度，從而極大程度地增加了纖維素納米纖維之間的氫鍵密度，導(dǎo)致在超級(jí)木頭斷裂過程中耗散大量的能量，因而實(shí)現(xiàn)高韌性。”
對(duì)于這一研究成果的未來前景和應(yīng)用，馬里蘭大學(xué)材料科學(xué)系胡良兵教授展望說：“人類在過去近萬年里在建筑、家具以及其他結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用中對(duì)木材的使用， 遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有充分利用到木材中纖維素的優(yōu)異機(jī)械性能。我們這項(xiàng)研究展示了超級(jí)木頭在未來結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域的巨大應(yīng)用前景。超級(jí)木頭有潛力在建筑、交通、航空航天領(lǐng)域里取代金屬和聚合物，成為未來節(jié)能環(huán)保型高性能結(jié)構(gòu)材料之星。”
Nature在同一期里還邀請(qǐng)了德國馬普所的Peter Fratzl院士對(duì)這項(xiàng)成果進(jìn)行了深度評(píng)論：https://www.nature.com/magazine-assets/d41586-018-01371-0/d41586-018-01371-0.pdf
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