真,木头大王,昨日Nature,今日Science封面


【引言】

木材被认为是替代环境不友好型轻质材料的潜在选择,其具有可再生的特点,可以通过期待化石能源材料来缓解气候危机。木头自身不仅机械强度高,而且成本相对较低,是一种理想的轻质材料。目前,人们使用脱木素、致密化等手段可以有效改善木材的性能和功能。然而,与金属、塑料等相比,木头的可成型性能比较差,一般只能做成板材或者片材进行使用,形成复杂形状的难度非常大,这大大限制了木头的进一步开发应用。

成果简介

马里兰大学胡良兵(通讯作者)等人报告了一种利用细胞壁工程将硬木平板塑造成多功能三维(3D)结构的加工策略。通过脱木素和水分清除以分解木材成分并封闭导管和纤维后,作者将收缩的木材浸入水中,在快速水冲击过程中部分重新膨胀木材,选择性地打开导管。由此可形成一个独特的起皱细胞壁结构,使材料可以折叠并模制成所需的形状。由此产生的3D模制木材强度是原始木材的六倍,制造的蜂窝芯材料的拉伸强度可达到300MPa,与广泛使用的轻质材料(如铝合金)相当,而其密度仅为0.75 g cm-3,成本大大降低。这种方法拓宽了木材作为结构材料的潜力,降低了对建筑和交通应用的环境影响。Shaoliang Xiao、Chaoji Chen、Qinqin Xia和Yu Liu为共同第一作者,2021年10月22日,相关成果以题为“Lightweight, strong, moldable wood via cell wall engineering as a sustainable structural material”的成为Science最新封面。

 

图文导读

图1 通过部分脱木素与“水冲击”过程实现可使木材更加坚固和可塑的起皱细胞壁工程策略

2 天然木材、收缩木材和可塑木材的微结构

3 制造形态各式的3D成型木材

4 3D成型木材的机械性能和LCA

 

文献链接:Lightweight, strong, moldable wood via cell wall engineering as a sustainable structural material(Science, 2021, DOI: 10.1126/science.abg9556)

本文由材料人学术组NanoCJ供稿。

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