網(wǎng)易科技訊2月9日消息，據(jù)科學(xué)美國人報(bào)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(xué)家們宣稱，利用簡單而廉價(jià)的新工藝可以將任何一種木材轉(zhuǎn)化成比鋼鐵更硬的材料，甚至超過高科技的鈦合金。除了可用于建筑樓房和車輛，這種材料還可以用來制造防彈裝甲板。

圖：“木材強(qiáng)化”技術(shù)可以將無所不在的木頭轉(zhuǎn)化成適合建造樓房和防彈衣的超級(jí)材料

　　地球上的木材資源十分豐富，而且利用成本相對(duì)較低。盡管它已經(jīng)被使用了幾千年，從制作家具、住宅到更大的建筑，但未經(jīng)處理的木材很少像建筑中使用的金屬那樣堅(jiān)硬。美國馬里蘭大學(xué)帕克分校的材料科學(xué)家胡良冰（Liangbing Hu）說，長期以來，研究人員始終試圖增強(qiáng)木材的硬度，最常使用的方法就是壓縮和“強(qiáng)化”。但密實(shí)木材往往會(huì)變?nèi)酰⒎磸椀皆瓉淼某叽绾托螤睿绕涫窃诔睗竦沫h(huán)境中。

　　現(xiàn)在，胡良冰及其同事們宣稱，他們已經(jīng)找到了一種更好的方法來強(qiáng)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(xué)處理方式類似于制造木漿的第一步。這可以去除木質(zhì)素和半纖維素(天然聚合物，有助于植物細(xì)胞壁硬化)，但在很大程度上，木材內(nèi)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(xì)胞壁坍塌，然后在適度加熱過程中始終保持這種壓縮狀態(tài)。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(xué)鍵，從而大大增強(qiáng)了木材的硬度。

　　結(jié)果是令人印象深刻的。胡良冰說，該團(tuán)隊(duì)壓縮木材的密度是未經(jīng)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(huì)提高約50倍，而且硬度提高20倍。密實(shí)木材更硬、更耐刮、更耐沖擊，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(shí)驗(yàn)室測試中，暴露在極端潮濕環(huán)境下超過五天的壓縮木材膨脹率不到10%，而在隨后的測試中，只要涂上油漆涂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，可以阻擋子彈鉆入材料中。胡良冰及其同事們認(rèn)為，這可能會(huì)幫助打造低成本的裝甲。他指出，這種材料并不能完全與同樣厚度的凱夫拉板相比，但它的成本僅為后者的5%。

　　加州大學(xué)圣地亞哥分校的材料化學(xué)家劉平(Ping Liu)表示，這個(gè)研究團(tuán)隊(duì)的成果“似乎為新型輕質(zhì)材料的研究打開了大門”。汽車制造商經(jīng)常希望使用高強(qiáng)度鋼材、鋁合金或碳纖維復(fù)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(dāng)碳纖維復(fù)合材料，其優(yōu)勢是不需要昂貴的粘合劑，因?yàn)槟菢訒?huì)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(xué)家彼得·弗拉茨爾（Peter Fratzl）說，壓縮木材提供了新的設(shè)計(jì)和用途可能性。他說！“研究人員應(yīng)該嘗試創(chuàng)造新材料來滿足他們的設(shè)計(jì)要求，而不是設(shè)計(jì)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(fā)更強(qiáng)的合金以滿足他們的設(shè)計(jì)需求。

　　劉平指出，壓縮木材廣泛使用的一個(gè)可能障礙是，工程師們擴(kuò)大并加速這一工藝的能力。胡良冰和他的團(tuán)隊(duì)花了幾個(gè)小時(shí)才制作出咖啡桌大小的厚木板用于測試。但他認(rèn)為，這種工藝應(yīng)該可以更快的速度制造更大的部件。

　　盡管胡良冰及其團(tuán)隊(duì)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(biāo)，比如讓木材變得透明。在斯德哥爾摩的KTH皇家理工學(xué)院，由材料科學(xué)家拉爾斯·伯格蘭德（Lars Berglund）領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)，正在研究制造木材玻璃的方法。

　　伯格蘭德首先也要去除木材中的木質(zhì)素，這種物質(zhì)不僅會(huì)使木材變硬，還會(huì)變?yōu)楹稚Ｑ芯咳藛T用名為甲基丙烯酸甲酯(MMA)的聚合物注入無木質(zhì)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(jī)玻璃。因?yàn)镸MA的折射率與無木質(zhì)素的木材相匹配，光線通過注入MMA的復(fù)合材料，而不是在空細(xì)胞內(nèi)反彈出來，這使得材料變得非常透徹。

　　伯格蘭德及其團(tuán)隊(duì)在兩年前的《Biomacromolecules》中描述了他們的成就。巧合的是，當(dāng)時(shí)胡良冰等人也在開發(fā)能使木材透明的方法。

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