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美國(guó)新研究:科學(xué)家開發(fā)出能替代鋼材的超級(jí)木頭

2018-02-10 20:30:57 來源:新華網(wǎng)

美國(guó)馬里蘭大學(xué)研究人員7日宣布,他們發(fā)明了一種簡(jiǎn)單有效的方法,能把木材直接處理成為一種超強(qiáng)超韌的高性能結(jié)構(gòu)材料,可與鋼材媲美,在建筑、交通、航空航天等領(lǐng)域有巨大應(yīng)用潛力。

研究人員在新一期英國(guó)《自然》雜志上發(fā)表論文說,方法分為兩步,首先去除木材中部分木質(zhì)素,然后在100攝氏度的溫度下進(jìn)行壓縮。木材厚度可減少80%,而密度提升2倍,包括韌性、剛度、硬度、抗沖擊性能等機(jī)械性能都超出原來的木材10倍以上。

拉伸強(qiáng)度指的是一種材料在被拉斷前可以承受的最大應(yīng)力。超級(jí)木頭的拉伸強(qiáng)度可達(dá)到587兆帕,與鋼材媲美。比拉伸強(qiáng)度指的是拉伸強(qiáng)度除以密度,這一指標(biāo)對(duì)汽車、航天等一些對(duì)重量敏感領(lǐng)域的應(yīng)用很重要。由于木材的低密度特點(diǎn),超級(jí)木頭的比拉伸強(qiáng)度超過幾乎所有金屬和合金材料,甚至包括鈦合金。試驗(yàn)表明,一個(gè)高速射入的小鋼柱都無法穿透由5層超級(jí)木頭疊加的層合板。

研究負(fù)責(zé)人之一、馬里蘭大學(xué)的胡良兵副教授告訴新華社記者:“以前沒有人想到這樣的處理方法,可能是對(duì)木頭的納米結(jié)構(gòu)了解沒那么深刻。”他指出,以前也曾有人壓縮木頭,但沒有把木質(zhì)素去掉,這就導(dǎo)致木頭壓不實(shí)。另外,木質(zhì)素也不能全部去除,還要保留部分以便黏合木材。

共同領(lǐng)導(dǎo)研究的馬里蘭大學(xué)教授李騰解釋說,超級(jí)木頭有效促進(jìn)了木材纖維素納米纖維的有序排列程度和緊密度,極大限度增加了纖維素納米纖維之間的氫鍵密度,導(dǎo)致超級(jí)木頭斷裂需耗費(fèi)大量能量,因而實(shí)現(xiàn)高韌性。

研究人員指出,超級(jí)木頭有潛力在建筑、交通、航空航天領(lǐng)域取代金屬等材料。美國(guó)工程院院士、布朗大學(xué)教授高華健作為第三方專家評(píng)價(jià)說,這項(xiàng)研究為設(shè)計(jì)輕質(zhì)高性能結(jié)構(gòu)材料提供了一條有巨大潛力的途徑,在需要高強(qiáng)度高韌性和高抗沖擊的工程應(yīng)用中有廣泛應(yīng)用前景。“尤其令人興奮的是,他們對(duì)原生木材的處理方法可以簡(jiǎn)便實(shí)施,而且對(duì)各種木材都適用。”

關(guān)鍵詞: 木頭 鋼材 科學(xué)家

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