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科学家开发出能替代钢材的超级木头

2018-02-09 10:52 来源: 新华网

新华社华盛顿2月7日电(记者林小春 周舟)美国马里兰大学研究人员7日宣布,他们发明了一种简单有效的方法,能把木材直接处理成为一种超强超韧的高性能结构材料,可与钢材媲美,在建筑、交通、航空航天等领域有巨大应用潜力。

研究人员在新一期英国《自然》杂志上发表论文说,方法分为两步,首先去除木材中部分木质素,然后在100摄氏度的温度下进行压缩。木材厚度可减少80%,而密度提升2倍,包括韧性、刚度、硬度、抗冲击性能等机械性能都超出原来的木材10倍以上。

拉伸强度指的是一种材料在被拉断前可以承受的最大应力。超级木头的拉伸强度可达到587兆帕,与钢材媲美。比拉伸强度指的是拉伸强度除以密度,这一指标对汽车、航天等一些对重量敏感领域的应用很重要。由于木材的低密度特点,超级木头的比拉伸强度超过几乎所有金属和合金材料,甚至包括钛合金。试验表明,一个高速射入的小钢柱都无法穿透由5层超级木头叠加的层合板。

研究负责人之一、马里兰大学的胡良兵副教授告诉新华社记者:“以前没有人想到这样的处理方法,可能是对木头的纳米结构了解没那么深刻。”他指出,以前也曾有人压缩木头,但没有把木质素去掉,这就导致木头压不实。另外,木质素也不能全部去除,还要保留部分以便黏合木材。

共同领导研究的马里兰大学教授李腾解释说,超级木头有效促进了木材纤维素纳米纤维的有序排列程度和紧密度,极大限度增加了纤维素纳米纤维之间的氢键密度,导致超级木头断裂需耗费大量能量,因而实现高韧性。

研究人员指出,超级木头有潜力在建筑、交通、航空航天领域取代金属等材料。美国工程院院士、布朗大学教授高华健作为第三方专家评价说,这项研究为设计轻质高性能结构材料提供了一条有巨大潜力的途径,在需要高强度高韧性和高抗冲击的工程应用中有广泛应用前景。“尤其令人兴奋的是,他们对原生木材的处理方法可以简便实施,而且对各种木材都适用。”

作者: 林小春 周舟   [责任编辑: 李浩]
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