胡良兵今日Nature：小小木材到高性能结构材料的飞跃

Allen 7年前 (2018-02-07) 8581浏览

【引言】

具有优异机械性能的合成结构材料由于大的重量和不利的环境影响或复杂的制造工艺导致成本较高（例如聚合物基和仿生复合材料）。天然木材是一种低成本和极具研究价值的材料，被用作建筑和家具的结构材料已有数千年的历史。然而，天然木材的机械性能（其强度和韧性）不能满足许多先进的工程结构和应用。用蒸汽，氨水或冷轧预处理，然后致密化，可以使得天然木材机械性能的提高。然而，现有的方法导致致密化程度不足，缺乏尺寸稳定性，特别是对于潮湿环境，并且以这些方式处理的木材可能膨胀和变弱。

【成果简介】

北京时间2018年2月8日，Nature在线发表了马里兰大学胡良兵、Teng Li（共同通讯）题为“Processing bulk natural wood into a high-performance structural material”的文章，团队研发出了一种简单而有效的策略，将块状天然木材直接转变成高性能结构材料，其强度，韧性和防弹性提高了十倍，并具有更大的尺寸稳定性。通过在NaOH和Na₂SO₃的含水混合物中的沸腾过程从天然木材中部分去除木质素和半纤维素，随后进行热压，导致细胞壁的完全塌陷和天然木材与高度一致的纤维素纳米纤维的完全致密化。这种策略被证明对各种木材都是普遍有效的，该加工木材具有比大多数结构金属和合金更高的比强度，使其成为低成本，高性能，轻量级的替代品。

【图文导读】

图1 致密度高的木材加工方法和力学性能

图2 天然木材和致密木材的结构表征