美國馬里蘭大學(xué)研究人員7日宣布，他們發(fā)明了一種簡單有效的方法，能把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，可與鋼材媲美，在建筑、交通、航空航天等領(lǐng)域有巨大應(yīng)用潛力。
研究人員在新一期英國《自然》雜志上發(fā)表論文說，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。木材厚度可減少80%，而密度提升2倍，包括韌性、剛度、硬度、抗沖擊性能等機(jī)械性能都超出原來的木材10倍以上。
拉伸強(qiáng)度指的是一種材料在被拉斷前可以承受的最大應(yīng)力。超級木頭的拉伸強(qiáng)度可達(dá)到587兆帕，與鋼材媲美。比拉伸強(qiáng)度指的是拉伸強(qiáng)度除以密度，這一指標(biāo)對汽車、航天等一些對重量敏感領(lǐng)域的應(yīng)用很重要。由于木材的低密度特點(diǎn)，超級木頭的比拉伸強(qiáng)度超過幾乎所有金屬和合金材料，甚至包括鈦合金。試驗(yàn)表明，一個(gè)高速射入的小鋼柱都無法穿透由5層超級木頭疊加的層合板。
研究負(fù)責(zé)人之一、馬里蘭大學(xué)的胡良兵副教授告訴新華社記者：“以前沒有人想到這樣的處理方法，可能是對木頭的納米結(jié)構(gòu)了解沒那么深刻。”他指出，以前也曾有人壓縮木頭，但沒有把木質(zhì)素去掉，這就導(dǎo)致木頭壓不實(shí)。另外，木質(zhì)素也不能全部去除，還要保留部分以便黏合木材。
共同領(lǐng)導(dǎo)研究的馬里蘭大學(xué)教授李騰解釋說，超級木頭有效促進(jìn)了木材纖維素納米纖維的有序排列程度和緊密度，極大限度增加了纖維素納米纖維之間的氫鍵密度，導(dǎo)致超級木頭斷裂需耗費(fèi)大量能量，因而實(shí)現(xiàn)高韌性。
研究人員指出，超級木頭有潛力在建筑、交通、航空航天領(lǐng)域取代金屬等材料。美國工程院院士、布朗大學(xué)教授高華健作為第三方專家評價(jià)說，這項(xiàng)研究為設(shè)計(jì)輕質(zhì)高性能結(jié)構(gòu)材料提供了一條有巨大潛力的途徑，在需要高強(qiáng)度高韌性和高抗沖擊的工程應(yīng)用中有廣泛應(yīng)用前景。“尤其令人興奮的是，他們對原生木材的處理方法可以簡便實(shí)施，而且對各種木材都適用。”
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