馬里蘭大學(xué)的工程師已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一種比家庭中常用鈦合金更堅(jiān)固的物質(zhì)。他們經(jīng)過一起粉碎和處理木材后，創(chuàng)造了一種使其強(qiáng)度和耐久性提高十倍以上的方法，這可以作為碳纖維和金屬合金的廉價(jià)替代品。這項(xiàng)研究發(fā)表在最近的Nature期刊中。

  “在自然界中很難找到這種具有良好的韌性和高強(qiáng)度相結(jié)合的物質(zhì)。它的強(qiáng)度和鋼鐵一樣，但是重量是鋼鐵的六分之一。它比天然木材的斷裂能耗高10倍。它甚至可以在工藝開始時(shí)彎曲和成型，”馬里蘭大學(xué)機(jī)械工程教授Teng Li教授解釋說。

  該工藝的第一步是剝離木質(zhì)素的木材，使木材具有棕色和剛性結(jié)構(gòu)。然后將木材混合物在150°F加熱條件下壓縮，使纖維素纖維緊密堆積并消除缺陷。然后用特殊的油漆對(duì)木材進(jìn)一步處理。當(dāng)纖維緊緊壓在一起時(shí)，雖然壓縮使木材比原始尺寸薄5倍，但是它們之間形成強(qiáng)大的氫鍵，使木材的強(qiáng)度增加。

  通過發(fā)射子彈狀彈丸來測(cè)試新制備木材和天然木材的強(qiáng)度，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行比較。當(dāng)彈丸直接穿過天然木材時(shí)，新制備的經(jīng)過完全處理的木材使得彈丸在中途停下。

  粉碎的木材也引起了其他研究團(tuán)隊(duì)的興趣，布朗和哈佛大學(xué)的教授以及世界各地的其他大學(xué)都在探討無盡的可能性。布朗大學(xué)教授Huajian Gao說：“該論文為輕量級(jí)、高性能結(jié)構(gòu)材料的設(shè)計(jì)提供了一條非常有前途的途徑。對(duì)于需要高強(qiáng)度，高韌性和優(yōu)異防彈性能的廣泛應(yīng)用來說，這具有巨大的潛力。”

  在木質(zhì)素最大濃度之下，新形成木材的機(jī)械性能強(qiáng)于鋼材的這一發(fā)現(xiàn)，使芬蘭Aalto大學(xué)的Orlando J. Rojas教授從中受到啟發(fā)。Rojos教授解釋說：“與木質(zhì)素部分去除所達(dá)到的最大值相比，太少或太多的木質(zhì)素去除會(huì)降低強(qiáng)度。 這揭示了氫鍵和這種多酚化合物粘合之間的微妙平衡。”木材致密化導(dǎo)致了強(qiáng)度和韌性的提高，這兩種性質(zhì)通常可以相互彌補(bǔ)，這也令科學(xué)家感到高興。

  Hu教授的研究團(tuán)隊(duì)也探討了如何將木材自然用于納米技術(shù)的可能性。納米纖維素及其相關(guān)材料是Hu團(tuán)隊(duì)重要的研究領(lǐng)域。木質(zhì)納米技術(shù)已有論文研究表明，可以取代塑料，光子紙以提高太陽能電池的效率，可用于木質(zhì)電池，甚至可以用作高能效建筑物的透明木材。研究表明，未來有很多可能性，木材的自然應(yīng)用還有待探索。

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