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超级木材可替代合金

作者:张梦然 责任编辑:郭正杰 2018-02-14 09:23:24 来源: 科技日报

英国《自然》杂志8日发表了一项材料学最新进展:美国科学家研发出一种可以将天然木材制成高性能结构材料的全新简易方法。这种新问世的密实木材,无论是强度、韧性,还是抗弹性能,都表现出众,不但质量极轻,耐用度还几乎高于目前所有结构金属和合金。

一般而言,具有超凡力学性能的合成结构材料都比较重,有些对环境有害,有些制造成本高昂(如基于聚合物的复合材料和仿生复合材料)。相比之下,天然木材成本低、资源丰富,作为一种结构材料用于建筑和家具已有几千年之久,且始终保持着重要地位。但是,木材的力学性能实在有限,通常不能满足许多高级工程结构和应用的需要。

此次,美国马里兰大学一组研究团队,开发出了一种在木材表面密实化之前处理木材的方法。这种木材表面的密实化,旨在大幅提高木材的尺寸稳定性和力学性能。一般在潮湿条件下,如果采用现有工艺处理,木材易发软,但是该团队所开发的方法却不受影响。

研究人员表明,在热压前去除部分木质素和半纤维素成分,可以更加有效地压缩木材,厚度减少80%,密度可达原来的3倍。彻底去除木质素和半纤维素会导致材质低劣,因此研究人员认为必须保留部分木质素以便黏合木材。通过这种方法制成的材料拥有极其出众的强度、韧性和抗弹性能,而且防潮、轻质、加工简单便宜,对环境的破坏小。

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结构材料本身就对物理或化学性能有一定要求。而高性能结构材料,更要比传统结构材料具备更好的耐高温性、抗腐蚀、高延展等特性,其“家族成员”一般都是钛、镁、锆等。天然木材虽然长相漂亮,资源获取也便捷,但在性能上实在不够瞧。此次科学家采取新技术压缩处理,让木材不但跻身其中,还力压一众金属,可谓打开了新一代高性能结构材料的大门。

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