比鋼更硬，還能夠阻止高速子彈，這就是“超級木材”！

關于土撥鼠可以或許啃咬幾多木頭的問題可能需要從頭評估了。近日，《天然》雜志上頒發的一項新研究展示了一種全新的制造木材的方式，這種方式可以或許使得制造的木材的強度／重量比甚至跨越年夜大都金屬。

更硬，更強，更好

今朝可用的很多高機能布局材料都或多或少有本身的不成輕忽的錯誤謬誤。好比鋼鐵如許的金屬材料，其硬度和強度可能很高，可是它們同時重量也很重而且還屬于情況不友愛的類別。復合材料和聚合物基體的材料可能沒有這些錯誤謬誤，可是它們的出產工藝復雜且昂貴。

盡管在各類材料方面我們都有不竭的手藝立異，木材仍然是建材的最佳選擇之一，木材儲量豐碩，價錢廉價而且重量也很輕。然而，與其他現代建筑材料比擬，它不長短常堅忍耐用。是以，為了提高木材的機械機能，研究人員開辟了各類木材處置方式。

經由過程處置木材以改善其機械機能并不是什么新穎事，其工藝的簡單版本可以追溯到十八宿世紀。木材可以用蒸汽，加熱，氨水或冷軋工藝處置，使其加倍堅忍——但零丁來說，這些工藝中沒有一個可以或許充實闡揚木材的潛力。更況且木材經常會跟著時候的推移而從頭膨脹和掉去強度。

而新工藝的方式涉及兩個步調：木材先顛末化學處置，然后在 100℃以長進行熱壓制當作“致密木材”。具體的步調解析圖如下所示，起首，經由過程化學處置往來來往除部門木質素。然后，將木材在 100℃下進行機械熱壓來壓縮了 80% 的厚度。

圖丨“超等木材”的加工方式和機能

天然木材中在順著木頭發展的偏向有很多的腔室（直徑為 20-80 微米的管狀通道），化學處置會年夜年夜削減木質素的含量卻不會年夜量削減纖維素的含量，因為這二者在反映溶液中的不變性紛歧樣。當自然木材在氫氧化鈉和亞硫酸鈉（NaOH/Na2SO3）的夾雜物中煮沸時，化學物質便會分化木材中的木質素。木質素是聚合物，存在于很多剛性植物的細胞壁中，使植物連結堅硬度。當一些，切記，并不是所有的木質素都被粉碎時，木材很輕易被壓縮而變得得更堅硬：致密的木材。在顛末 100℃的垂直木材發展偏向的熱壓后，致密木材的厚度削減20%，密度變為本來的 3 倍。

致密木材有怪異的微不雅布局，本家兒要由纖維素這種納米纖維組成，微不雅下慎密聚積并互卷的木材細胞壁使得纖維素納米纖維形當作高度一致偏向的擺列，這極年夜地增添了納米纖維的接觸概況積。

從分子角度看，因為纖維素分子鏈中富含羥基基團，在聚積的細胞壁的邊緣上年夜量相鄰納米纖維之間形當作/斷裂/再形當作氫鍵，這一持續不竭的分子勾當使得最終的硬度有用提高，因為最終斷裂致密木材的所需能量遠超天然木材。同時，致密木材微不雅布局上的缺陷數目和尺寸也遠少于天然木材，革新后的致密木材的拉伸強度約為 422MPa cm?/g，這一強度比很多常見的金屬合金，甚至輕質量出名的鈦合金還要高。

足夠堅硬？

研究人員說，這種革新后的木材比自然木材要強 11倍，它也不再可以或許漂浮在水中了。不外，壓實的木材的密度只有通俗木材的三倍擺布——仍比今天利用的年夜大都建筑材料要輕得多。

在現實應用方面，研究的本家兒要重點是密實木材在建筑中的潛在用途。對于復雜的工程項目，自然木材在強度方面底子無法與金屬合金和塑料競爭。然而，致密木材或許可以一戰。

這項研究還引用了他們的創作的另一個用途：低當作本的裝甲和槍彈能量接收的材料。在密實木材的層壓版本的彈道測試中，他們發現它接收了比自然木材多十倍的能量。