科學家研發出超級木材 硬過鋼鐵還能擋子彈！

　　2018-02-10 00:03:18　來源: 網易科技報道

　　在不久的將來，我們可能會生活在幾乎完全由地球上最豐富、最多樣化的建築材料建造的房子里，從地板到椽、從牆壁到窗戶都是木質的。在車庫裡，可能停放著底盤和保險杠都由壓縮木材所制的汽車，而不再是鋼材和塑料。

　　網易科技訊2月9日消息，據科學美國人報道，世界上有很多木材都以硬度高而聞名，比如橡樹和楓樹。但是科學家們宣稱，利用簡單而廉價的新工藝可以將任何一種木材轉化成比鋼鐵更硬的材料，甚至超過高科技的鈦合金。除了可用於建築樓房和車輛，這種材料還可以用來製造防彈裝甲板。

　　

　　圖：「木材強化」技術可以將無所不在的木頭轉化成適合建造樓房和防彈衣的超級材料

　　地球上的木材資源十分豐富，而且利用成本相對較低。儘管它已經被使用了幾千年，從製作傢具、住宅到更大的建築，但未經處理的木材很少像建築中使用的金屬那樣堅硬。美國馬里蘭大學帕克分校的材料科學家胡良冰（Liangbing Hu）說，長期以來，研究人員始終試圖增強木材的硬度，最常使用的方法就是壓縮和「強化」。但密實木材往往會變弱，並反彈到原來的尺寸和形狀，尤其是在潮濕的環境中。

　　現在，胡良冰及其同事們宣稱，他們已經找到了一種更好的方法來強化木材。他們使用的工藝十分簡單，可分為兩步：首先使用沸騰的氫氧化鈉(NaOH)和亞硫酸鈉(Na2SO3)溶液浸泡木材，這種化學處理方式類似於製造木漿的第一步。這可以去除木質素和半纖維素(天然聚合物，有助於植物細胞壁硬化)，但在很大程度上，木材內的纖維素(另一種天然聚合物)依然保持完好無損。

　　第二步幾乎和第一步同樣簡單，即壓縮處理過的木材，直到它的細胞壁坍塌，然後在適度加熱過程中始終保持這種壓縮狀態。壓縮和加熱促使大量的氫原子和相鄰原子在纖維素的相鄰納米纖維之間形成化學鍵，從而大大增強了木材的硬度。

　　結果是令人印象深刻的。胡良冰說，該團隊壓縮木材的密度是未經處理的木材三倍以上，而其抗撕裂能力增加了10倍以上。此外，這種木材的抗壓能力也會提高約50倍，而且硬度提高20倍。密實木材更硬、更耐刮、更耐衝擊，它幾乎可以被塑造成任何形狀。也許最重要的是，這種木材也具有防潮性能。在實驗室測試中，暴露在極端潮濕環境下超過五天的壓縮木材膨脹率不到10%，而在隨後的測試中，只要塗上油漆塗層就能完全消除膨脹。

　　用五層類似膠合板、厚度與三明治差不多的壓縮木材，可以阻擋子彈鑽入材料中。胡良冰及其同事們認為，這可能會幫助打造低成本的裝甲。他指出，這種材料並不能完全與同樣厚度的凱夫拉板相比，但它的成本僅為後者的5%。

　　加州大學聖地亞哥分校的材料化學家劉平(Ping Liu)表示，這個研究團隊的成果「似乎為新型輕質材料的研究打開了大門」。汽車製造商經常希望使用高強度鋼材、鋁合金或碳纖維複合材料代替普通鋼材來減輕重量，但這些材料成本很高。壓縮木材還可充當碳纖維複合材料，其優勢是不需要昂貴的粘合劑，因為那樣會使零部件很難甚至是不可能回收。

　　德國馬克斯·普朗克膠體與界面研究所的材料科學家彼得·弗拉茨爾（Peter Fratzl）說，壓縮木材提供了新的設計和用途可能性。他說:「研究人員應該嘗試創造新材料來滿足他們的設計要求，而不是設計遷就材料。」弗拉茨爾以航天工程為例，工程師們長期以來都在努力開發更強的合金以滿足他們的設計需求。

　　劉平指出，壓縮木材廣泛使用的一個可能障礙是，工程師們擴大並加速這一工藝的能力。胡良冰和他的團隊花了幾個小時才製作出咖啡桌大小的厚木板用於測試。但他認為，這種工藝應該可以更快的速度製造更大的部件。

　　儘管胡良冰及其團隊一直在努力提高木材的硬度，但其他研究人員卻在追求更不尋常的目標，比如讓木材變得透明。在斯德哥爾摩的KTH皇家理工學院，由材料科學家拉爾斯·伯格蘭德（Lars Berglund）領導的團隊，正在研究製造木材玻璃的方法。

　　伯格蘭德首先也要去除木材中的木質素，這種物質不僅會使木材變硬，還會變為褐色。研究人員用名為甲基丙烯酸甲酯(MMA)的聚合物注入無木質素木材中，從而形成一種更知名的材料，比如樹脂玻璃和有機玻璃。因為MMA的折射率與無木質素的木材相匹配，光線通過注入MMA的複合材料，而不是在空細胞內反彈出來，這使得材料變得非常透徹。

　　伯格蘭德及其團隊在兩年前的《Biomacromolecules》中描述了他們的成就。巧合的是，當時胡良冰等人也在開發能使木材透明的方法。

　　像胡良冰和伯格蘭德這樣的研究會讓材料科學的未來前景變得更加廣闊。在不久的將來，我們可能會生活在幾乎完全由地球上最豐富、最多樣化的建築材料建造的房子里，從地板到椽、從牆壁到窗戶都是木質的。在車庫裡，可能停放著底盤和保險杠都由壓縮木材所制的汽車，而不再是鋼材和塑料。 （小小）