2月8日，Nature在線發(fā)表了美國馬里蘭大學胡良兵教授和李騰教授研究團隊關于超級木頭的最新發(fā)現(xiàn)。該研究團隊發(fā)明了一種簡單有效的方法可以把原生木材直接處理成為一種超強超韌的高性能結構材料。
方法分為兩步，首先去除木材中部分木質素，然后在100攝氏度的溫度下進行壓縮。通過簡單的兩步處理方式獲得的超級木頭的各項機械性能，包括拉壓彎強度、韌性、剛度、硬度、抗沖擊性能等， 都超出原生木材10倍以上。其拉伸強度達到587 MPa，可以和鋼材媲美；而比拉伸強度高達451 MPa cm^3/g，超過幾乎所有的金屬和合金材料，甚至包括鈦合金（244MPa cm^3/g）。馬里蘭大學的研究成果顯示，超級木頭100%源自原生木材，無任何添加物，加工方法適用于各類木材，而且在潮濕環(huán)境下性能穩(wěn)定。其機械性能超凡出眾，而且具有環(huán)保特質和可再生性， 展示出超級木頭作為未來結構材料之星的巨大潛力。
圖1. 木材處理工藝及力學性能
圖2. 天然木材和密實化木材結構表征
圖3. 超凡出眾的機械性能
圖4.沖擊強力試驗
對于這一令人興奮的結果，馬里蘭大學機械工程系李騰教授解釋說：“實現(xiàn)超級木頭高強度高韌性的本質源自我們發(fā)明的這種木材處理方法的巧妙設計。經過第一步部分去除原生木材中的木質素，使得我們在第二步的熱壓過程后實現(xiàn)木材的完全致密化。經過處理得到的超級木頭最大限度的消除了原生木材中存在于多尺度的本征缺陷， 因而決定了超級木頭的高強度；同時完全致密化有效促進了木材中的纖維素納米纖維的有序排列程度和緊密度，從而極大程度地增加了纖維素納米纖維之間的氫鍵密度，導致在超級木頭斷裂過程中耗散大量的能量，因而實現(xiàn)高韌性。”
對于這一研究成果的未來前景和應用，馬里蘭大學材料科學系胡良兵教授展望說：“人類在過去近萬年里在建筑、家具以及其他結構材料應用中對木材的使用， 遠遠沒有充分利用到木材中纖維素的優(yōu)異機械性能。我們這項研究展示了超級木頭在未來結構材料領域的巨大應用前景。超級木頭有潛力在建筑、交通、航空航天領域里取代金屬和聚合物，成為未來節(jié)能環(huán)保型高性能結構材料之星！
Nature在同一期里還邀請了德國馬普所的Peter Fratzl院士對這項成果進行了深度評論：https://www.nature.com/magazine-assets/d41586-018-01371-0/d41586-018-01371-0.pdf
