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研究人员制造了可以切开牛排的硬化木刀

导读 可用的最锋利的刀具由钢或陶瓷制成,这两种材料都是人造材料,必须在极端温度下在熔炉中锻造。现在,研究人员已经开发出一种可能更可持续的

可用的最锋利的刀具由钢或陶瓷制成,这两种材料都是人造材料,必须在极端温度下在熔炉中锻造。现在,研究人员已经开发出一种可能更可持续的方法来制造锋利的刀具:使用硬化木材。该方法于 10 月 20 日发表在《物质》杂志上,使木材坚硬 23 倍,用这种材料制成的刀比不锈钢餐桌刀锋利近三倍。

“这把刀很容易切开熟透的牛排,性能与餐桌刀相似,”该研究的资深作者、马里兰大学的材料科学家 Teng Li 说。然后,将硬化的木材刀可洗涤并重新使用,使其成为一个有前途的替代钢,陶瓷,和一次性塑料刀。

Li 和他的团队还证明,他们的材料可用于制造与传统钢钉一样锋利的木钉。与钢钉不同,该团队开发的木钉不易生锈。研究人员表明,这些木钉可以用来将三块木板锤在一起,而不会损坏钉子。除了刀子和钉子,李希望在未来,这种材料还可以用于制作更耐刮擦和耐磨的硬木地板。

虽然李的生产硬化木材的方法是新的,但木材加工一般已经存在了几个世纪。但是,当木材用于家具或建筑材料时,它只是经过蒸汽和压缩处理,成型后材料会有所回弹。“当你环顾日常生活中使用的坚硬材料时,你会发现其中很多都是人造材料,因为天然材料不一定能满足我们的需求,”李说。

“纤维素是木材的主要成分,其强度密度比高于大多数工程材料,如陶瓷、金属和聚合物,但我们目前对木材的使用几乎没有发挥其全部潜力,”他说。尽管它经常用于建筑,但木材的强度不如纤维素。这是因为木材仅由 40% 至 50% 的纤维素组成,其余部分由半纤维素和木质素组成,后者充当粘合剂。

李和他的团队试图以这样一种方式处理木材,以去除较弱的成分,同时不破坏纤维素骨架。“这是一个两步的过程,”李说。“第一步,我们对木材进行部分脱木素处理。通常,木材非常坚硬,但去除木质素后,它变得柔软、有弹性,而且有些松软。在第二步中,我们通过施加压力和热量进行热压到经过化学处理的木材,以致密化并去除水分。”

在材料被加工并雕刻成所需的形状后,它会涂上矿物油以延长其使用寿命。纤维素往往会吸水,因此这种涂层可在使用过程中以及在水槽或洗碗机中清洗时保持刀具的锋利度。

李和他的团队使用高分辨率显微镜检查了硬化木材的微观结构,以确定其强度的来源。“一块材料的强度对缺陷的大小和密度非常敏感,如空隙、通道或凹坑,”李说。“我们用来加工天然木材的两步法显着减少或消除了天然木材的缺陷,因此树木中输送水分或其他营养物质的通道几乎消失了。”

与制造其他人造材料相比,这种木材硬化工艺有可能更节能,对环境的影响更小,尽管需要进行更深入的分析才能肯定地说。第一步需要将木材在化学品浴中以 100°C 的温度煮沸,这可能会在批次之间重复使用。相比之下,用于制造陶瓷的过程需要将材料加热到几千摄氏度。

“在我们的厨房里,我们有很多长期使用的木制品,比如砧板、筷子或擀面杖,”李说。“这些刀具也可以多次使用,如果你重新打磨它们,磨利它们,并进行相同的定期保养。”

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