超级木

一些木材，例如橡木和枫木，以其强度而闻名。但是科学家说，一种简单且廉价的新工艺可以将任何类型的木材转变成比钢甚至是高科技钛合金都坚固的材料。这种物质除了可以使建筑物和车辆翻腾外，还可以用来制造防弹装甲板。

木材丰富且成本相对较低-它实际上生长在树木上。尽管已经使用了数千年，从家具到房屋再到大型结构，各种各样的东西都在使用，但未经处理的木材很少能与建筑中使用的金属一样坚固。马里兰大学公园分校的材料科学家胡良兵说，研究人员长期以来一直试图增强其强度，特别是通过压缩和“压缩”它。但是，致密的木材往往会变弱并弹回其原始尺寸和形状，尤其是在潮湿的环境下。

现在，胡和他的同事们说，他们想出了一种更好的致密化木材的方法，他们在2月7日的《自然》杂志上报告了这一点。他们简单的两步过程始于在氢氧化钠（NaOH）和亚硫酸钠（Na2SO3）溶液中煮沸木材，该化学处理类似于制备用于造纸的木浆的第一步。胡说，这部分去除了木质素和半纤维素（有助于增强植物细胞壁的天然聚合物），但很大程度上保留了木材的纤维素（另一种天然聚合物）。

第二步几乎与第一步一样简单：压缩处理过的木材，直到其细胞壁塌陷，然后在轻轻加热时保持该压缩力。压力和热量促使纤维素的相邻纳米纤维中大量氢原子与相邻原子之间形成化学键，从而极大地增强了材料。

结果令人印象深刻。胡说，该小组的压缩木材密度是未经处理的物质的三倍，并补充说其抗撕裂性提高了十倍以上。它的抗压强度也可以提高约50倍，而刚度则可以提高近20倍。致密化的木材还实质上更硬，更耐刮擦和更耐冲击。它可以模制成几乎任何形状。也许最重要的是，致密化的木材还具有防潮性：在实验室测试中，暴露于极端湿度下超过5天的压缩样品膨胀不到10％-在随后的测试中，胡说，简单的油漆涂层可以消除膨胀完全。

五层，类似胶合板的致密木材夹心阻止了向材料中发射的模拟子弹-胡和他的同事认为这可能导致低成本的装甲。他指出，这种材料的保护性不及相同厚度的凯夫拉尔板，但成本仅为后者的5％。

与自然研究无关的加州大学圣地亚哥分校的材料化学家刘平说，研究小组的结果“似乎为新型轻质材料打开了大门”。汽车制造商通常试图通过从常规钢改为高强度钢，铝合金或碳纤维复合材料来减轻重量，但这些材料价格昂贵，消费者“很少在节省燃料上赚钱”。致密化的木材在碳纤维复合材料上还有另外一个优势：它不需要昂贵的粘合剂，这些粘合剂也可能使部件难以甚至无法回收。

未参加这项研究的德国马克斯·普朗克胶体与界面研究所材料科学家彼得·弗雷茨（Peter Fratzl）说，致密木材提供了新的设计可能性和天然木材太弱的用途。他说：“研究人员无需为手头的材料创建设计，而是可以创建适合他们想要的设计的材料，”他暗示着长期从事开发更坚固合金以满足其需求的航空航天工程师的熟悉过程。需要。

Liu指出，致密木材广泛使用的一个可能障碍是工程师扩大规模并加快这一过程的能力。胡和他的团队花费了几个小时来制作每张咖啡桌书大小的用于测试的致密木材平板。胡说，但是没有实际的原因，该过程不能加快或不能用于制造更大的零件。

尽管胡和他的团队试图增强木材的强度，但其他研究人员却追求了更不寻常的目标，例如使木材透明化。由斯德哥尔摩KTH皇家技术学院的材料科学家Lars Berglund领导的一个小组提出了一种制造窗玻璃的方法。该过程的第一步（例如在胡的过程中）是去除木质素，木质素不仅可以使木材变硬，还可以使其颜色变成褐色。研究人员向无木质素的木材中注入了一种名为甲基丙烯酸甲酯（MMA）的聚合物，这种材料以商品名如Plexiglas和Lucite更为人所知。

因为MMA的折射率（衡量光线弯曲程度的指标）与不含木质素的木材的折射率匹配，所以光线直接穿过注入MMA的复合材料，而不会在空的单元格内反弹。这使得材料非常清晰。 Berglund和他的团队两年前在Biomacromolecules中描述了他们的壮举。巧合的是，与此同时，胡和他的同事们也在开发一种使木材透明的方法。

Hu和Berglund的研究只能为材料科学的未来增添广阔前景。有一天，也许有可能住在几乎完全由地球上最丰富，用途最广泛的建筑材料之一制成的房屋中，从地板到r子，从墙壁到窗户。在车库中，可能有一辆汽车，其底盘和保险杠可能由致密的木材而不是钢和塑料组成-敲敲木头。

席德·帕金斯（Sid Perkins）最常写有关地球和行星科学，材料科学和古生物学的文章，他常驻田纳西州的克罗斯维尔。