比钢更硬，还能够阻止高速子弹，这就是“超级木材”！

关于土拨鼠可以或许啃咬几多木头的问题可能需要从头评估了。近日，《天然》杂志上颁发的一项新研究展示了一种全新的制造木材的方式，这种方式可以或许使得制造的木材的强度／重量比甚至跨越年夜大都金属。

更硬，更强，更好

今朝可用的很多高机能布局材料都或多或少有本身的不成轻忽的错误谬误。好比钢铁如许的金属材料，其硬度和强度可能很高，可是它们同时重量也很重而且还属于情况不友爱的类别。复合材料和聚合物基体的材料可能没有这些错误谬误，可是它们的出产工艺复杂且昂贵。

尽管在各类材料方面我们都有不竭的手艺立异，木材仍然是建材的最佳选择之一，木材储量丰硕，价钱廉价而且重量也很轻。然而，与其他现代建筑材料比拟，它不长短常坚忍耐用。是以，为了提高木材的机械机能，研究人员开辟了各类木材处置方式。

经由过程处置木材以改善其机械机能并不是什么新颖事，其工艺的简单版本可以追溯到十八宿世纪。木材可以用蒸汽，加热，氨水或冷轧工艺处置，使其加倍坚忍——但零丁来说，这些工艺中没有一个可以或许充实阐扬木材的潜力。更况且木材经常会跟着时候的推移而从头膨胀和掉去强度。

而新工艺的方式涉及两个步调：木材先颠末化学处置，然后在 100℃以长进行热压制当作“致密木材”。具体的步调解析图如下所示，起首，经由过程化学处置往来来往除部门木质素。然后，将木材在 100℃下进行机械热压来压缩了 80% 的厚度。

图丨“超等木材”的加工方式和机能

天然木材中在顺着木头发展的偏向有很多的腔室（直径为 20-80 微米的管状通道），化学处置会年夜年夜削减木质素的含量却不会年夜量削减纤维素的含量，因为这二者在反映溶液中的不变性纷歧样。当自然木材在氢氧化钠和亚硫酸钠（NaOH/Na2SO3）的夹杂物中煮沸时，化学物质便会分化木材中的木质素。木质素是聚合物，存在于很多刚性植物的细胞壁中，使植物连结坚硬度。当一些，切记，并不是所有的木质素都被粉碎时，木材很轻易被压缩而变得得更坚硬：致密的木材。在颠末 100℃的垂直木材发展偏向的热压后，致密木材的厚度削减20%，密度变为本来的 3 倍。

致密木材有怪异的微不雅布局，本家儿要由纤维素这种纳米纤维组成，微不雅下慎密聚积并互卷的木材细胞壁使得纤维素纳米纤维形当作高度一致偏向的摆列，这极年夜地增添了纳米纤维的接触概况积。

从分子角度看，因为纤维素分子链中富含羟基基团，在聚积的细胞壁的边缘上年夜量相邻纳米纤维之间形当作/断裂/再形当作氢键，这一持续不竭的分子勾当使得最终的硬度有用提高，因为最终断裂致密木材的所需能量远超天然木材。同时，致密木材微不雅布局上的缺陷数目和尺寸也远少于天然木材，革新后的致密木材的拉伸强度约为 422MPa cm?/g，这一强度比很多常见的金属合金，甚至轻质量出名的钛合金还要高。

足够坚硬？

研究人员说，这种革新后的木材比自然木材要强 11倍，它也不再可以或许漂浮在水中了。不外，压实的木材的密度只有通俗木材的三倍摆布——仍比今天利用的年夜大都建筑材料要轻得多。

在现实应用方面，研究的本家儿要重点是密实木材在建筑中的潜在用途。对于复杂的工程项目，自然木材在强度方面底子无法与金属合金和塑料竞争。然而，致密木材或许可以一战。

这项研究还引用了他们的创作的另一个用途：低当作本的装甲和枪弹能量接收的材料。在密实木材的层压版本的弹道测试中，他们发现它接收了比自然木材多十倍的能量。

可是，致密的木材并不是完美的材料。从自然植物材猜中去除木质素的一个关头问题是细菌和真菌。在活的植物中，木质素的刚性有助于抵御这些进犯。密实的木布局是否会更轻易受到细菌和真菌的影响还有待不雅察。

尽管如斯，这对我们人类倒是一个提醒：只需要一点帮忙，年夜天然仍然是最伟年夜的工程师。