由布里斯托大学制作 信用:CC0公共领域 天然木材已经拥有比其他材料更低的生命周期成本,并且是一种天然的坚固、轻质和耐用的复合材料,如果其性能和功能能够得到改善,可以为常用的聚合物、金属和合金提供有吸引力的替代品
以前的方法,如脱木质素和致密化,已经尝试过,但至今未能提供金属和塑料提供的相同的可成形性
这就是为什么一种创新的新技术的发展,使用快速的“水冲击”过程,能够创造出坚固和可塑的木材是如此令人兴奋,并成为《科学》的封面故事
在提取了木质素——一种能结合木材内部细胞壁并赋予其强度的聚合物——使其软化,然后通过蒸发关闭纤维后,布里斯托尔大学的研究小组通过用水“冲击”木材来重新膨胀木材
该论文的主要作者、马里兰大学材料创新中心主任胡良大教授说:“快速的水冲击过程形成了一种独特的部分开放、褶皱的细胞壁结构,这种结构为压缩提供了空间,并具有支撑高应变的能力,使材料易于折叠和成型。”
“由此产生的3D-Molded木材比原始木材强6倍,可与铝合金等广泛使用的轻质材料相媲美
" 这种“可塑木材”然后可以折叠成不同的形状,然后在形成最终产品之前干燥
加工木材显著的可折叠性源于其褶皱的细胞壁结构,这种结构可以承受严重的折叠而不断裂
这项研究是马里兰大学、耶鲁大学、俄亥俄州立大学、美国农业部森林服务局、布里斯托尔大学、北德克萨斯大学、苏黎世联邦理工学院和材料创新中心的合作成果
合著者之一、布里斯托尔大学材料与科学工程教授斯蒂芬·埃希霍恩教授提供了一些关于木材如何变形的机械论理解
他是纤维素材料专家,花了20多年时间研究纤维素纤维、木材、复合材料和植物基材料
艾希霍恩教授回忆起童年时父亲用木头造飞机的记忆
艾希霍恩教授说:“他用蒸汽弯曲了用于飞机机翼的木头
现在看到有可能制造这种柔韧的木材,同时还能提高机械性能,这使它成为一种真正令人惊叹的材料,谁知道呢——它可能会被用作未来的航空航天材料!" 合著者、马里兰大学的李腾教授说:“可模压木材显著拓宽了木材作为可持续结构材料的潜在应用,同时减少了对建筑和运输应用的环境影响。”
美国农业部森林产品实验室的朱说:“这种开发先进木质材料的现成方法将推动木材产品和市场创新,作为替代许多不可持续结构材料和应对气候变化的可持续解决方案。”
“这也将有助于降低森林间伐成本,促进健康的森林管理,减少野生灾难性森林火灾
我们在美国
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林务林产品实验室非常高兴能与胡教授合作进行这项研究
" 胡教授于2016年创立了英业达木业有限责任公司,将他实验室发明的先进木材技术商业化,包括这种3D可模压木材
合著者、西北大学的约翰·罗杰斯教授说:“研究人员引入了一种巧妙的方法,在微型尺度上将天然存在的直壁细胞结构转变成波浪形、手风琴状的几何形状。”
“其结果是一种不寻常的高强度木材,既柔韧又可塑,为这种非常古老的材料开辟了新的应用领域
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