开创性的新工艺创造了多功能的可塑木材

与其他材料相比，天然木材固有的生命周期成本较低，并且是一种天然坚固、轻质且耐用的复合材料，如果其性能和功能可以得到改善，它可以成为常用聚合物、金属和合金的有吸引力的替代品。

先前的方法，例如脱木素和致密化，已经尝试过，但迄今为止未能提供与金属和塑料相同的可成型性。

这就是为什么开发一种创新的新技术，使用快速的“水冲击”工艺，能够创造出坚固且可塑的木材，如此令人兴奋，并成为《科学》的封面故事。

在提取木质素(一种结合木材内部细胞壁并赋予其强度的聚合物)后，木质素会软化，然后通过蒸发关闭纤维，布里斯托大学的研究团队通过“冲击”使木材重新膨胀它用水。

“快速的水冲击过程形成了独特的部分开放、褶皱的细胞壁结构，为压缩提供空间以及支撑高应变的能力，使材料易于折叠和成型，”主要作者胡梁大教授说，马里兰大学材料创新中心主任。

“由此产生的 3D 成型木材比起始木材强六倍，可与广泛使用的轻质材料(如铝合金)相媲美。”

这种“可成型木材”然后可以折叠成不同的形状，然后在形成最终产品之前进行干燥。加工过的木材显着的可折叠性源于其起皱的细胞壁结构，它可以承受剧烈的折叠而不断裂。

这项研究是马里兰大学、耶鲁大学、俄亥俄州立大学、农业部林务局、布里斯托大学、北德克萨斯大学、苏黎世联邦理工学院和材料创新中心的合作成果。

共同作者、布里斯托尔大学材料与科学工程教授斯蒂芬·艾希霍恩 (Stephen Eichhorn) 提供了一些关于木材如何能够以这种方式变形的机械理解。他是纤维素材料方面的专家，在纤维素纤维、木材、复合材料和植物性材料方面有 20 多年的研究经验。

艾希霍恩教授回忆起他父亲用木头建造自己的飞机的童年记忆。

艾希霍恩教授说：“他用蒸汽弯曲了用于飞机机翼的木材。现在看到有可能制造出这种柔韧的木材，同时还提高了机械性能，使其成为一种真正了不起的材料，谁知道呢? ——它可以用作航空航天的未来材料!”

“可塑木显着拓宽了木材作为可持续结构材料的潜在应用，同时减少了建筑和交通应用对环境的影响，”共同作者、马里兰大学的李腾教授说。

农业部林产品实验室的 JY Zhu 说：“这种开发先进木材的开箱即用方法将推动木材产品和市场创新，作为替代许多不可持续的结构材料和应对气候变化的可持续解决方案。” “它还将有助于降低森林间伐成本，以实现健康的森林管理，以减少野生灾难性森林火灾。我们林务局林产品实验室很高兴与胡教授合作开展这项研究。”

胡教授于 2016 年创立了 InventWood LLC，将他实验室发明的先进木材技术商业化，包括这种 3D 可成型木材。

“研究人员引入了一种巧妙的方法，可以在微观尺度上将木材的天然直壁细胞结构转变为波浪状的手风琴状几何形状，”西北大学的合著者约翰罗杰斯教授说。“结果是一种不寻常的、高强度的木材，既灵活又可塑，为这种非常古老的材料开辟了新的应用领域。”

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