2月8日，Nature在線發(fā)表了美國馬里蘭大學(xué)胡良兵教授和李騰教授研究團(tuán)隊(duì)關(guān)于超級木頭的最新發(fā)現(xiàn)。該研究團(tuán)隊(duì)發(fā)明了一種簡單有效的方法可以把原生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。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/nature25476

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。通過簡單的兩步處理方式獲得的超級木頭的各項(xiàng)機(jī)械性能，包括拉壓彎強(qiáng)度、韌性、剛度、硬度、抗沖擊性能等， 都超出原生木材10倍以上。其拉伸強(qiáng)度達(dá)到587 MPa，可以和鋼材媲美；而比拉伸強(qiáng)度高達(dá)451 MPa cm^3/g，超過幾乎所有的金屬和合金材料，甚至包括鈦合金（244MPa cm^3/g）。馬里蘭大學(xué)的研究成果顯示，超級木頭100%源自原生木材，無任何添加物，加工方法適用于各類木材，而且在潮濕環(huán)境下性能穩(wěn)定。其機(jī)械性能超凡出眾，而且具有環(huán)保特質(zhì)和可再生性， 展示出超級木頭作為未來結(jié)構(gòu)材料之星的巨大潛力。

圖1. 木材處理工藝及力學(xué)性能

圖2. 天然木材和密實(shí)化木材結(jié)構(gòu)表征

圖3. 超凡出眾的機(jī)械性能

圖4.沖擊強(qiáng)力試驗(yàn)

對于這一令人興奮的結(jié)果，馬里蘭大學(xué)機(jī)械工程系李騰教授解釋說：“實(shí)現(xiàn)超級木頭高強(qiáng)度高韌性的本質(zhì)源自我們發(fā)明的這種木材處理方法的巧妙設(shè)計。經(jīng)過第一步部分去除原生木材中的木質(zhì)素，使得我們在第二步的熱壓過程后實(shí)現(xiàn)木材的完全致密化。經(jīng)過處理得到的超級木頭最大限度的消除了原生木材中存在于多尺度的本征缺陷， 因而決定了超級木頭的高強(qiáng)度；同時完全致密化有效促進(jìn)了木材中的纖維素納米纖維的有序排列程度和緊密度，從而極大程度地增加了纖維素納米纖維之間的氫鍵密度，導(dǎo)致在超級木頭斷裂過程中耗散大量的能量，因而實(shí)現(xiàn)高韌性。”

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對于這一研究成果的未來前景和應(yīng)用，馬里蘭大學(xué)材料科學(xué)系胡良兵教授展望說：“人類在過去近萬年里在建筑、家具以及其他結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用中對木材的使用， 遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有充分利用到木材中纖維素的優(yōu)異機(jī)械性能。我們這項(xiàng)研究展示了超級木頭在未來結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域的巨大應(yīng)用前景。超級木頭有潛力在建筑、交通、航空航天領(lǐng)域里取代金屬和聚合物，成為未來節(jié)能環(huán)保型高性能結(jié)構(gòu)材料之星。”