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这项技术如果实现产业化,木浆价格可能要涨数倍

2018-03-02 10:03:06   来源:网络   打印 我要订阅

  木头比钢铁还硬?据美媒2月25日报道,美国马里兰大学的科学家研发出一种新的超级材料——"超级木头"(super wood),比钢铁更坚硬、轻盈并且便宜。

  报道称,马里兰大学的博士胡良斌与李腾一直在寻找使用木头的新方式,之前曾制造出木头电池、比玻璃还硬的透明木头、利用木材燃烧净水。这一次,他们则成功研制出了"超级木头"。

  胡良斌说:"我们对于强力木头结构来替换钢铁和碳纤维感兴趣。"而在分别使用廉价和昂贵木材进行试验之后,研究团队发现,其结果非常类似。他表示,通过实验处理过的木材的强度、韧性分别要比天然木材高出11.5倍、10倍。

  该研究报告已于2月7日发表在《自然》杂志网站。报告称,首先需要在氢氧化钠和亚硫酸钠的混合水溶液下煮沸木材样本,然后通过热压将处理过的木材的细胞壁压垮,并形成规则排列的纤维素纳米纤维。由此得到的完全致密木材,比天然木材要坚固得多,将成为钢材、甚至钛合金的竞争对手,也可媲美碳纤维--价格却更便宜。

  方法分为两步,首先去除木材中部分木质素,然后在100摄氏度的温度下进行压缩。木材厚度可减少80%,而密度提升2倍,包括韧性、刚度、硬度、抗冲击性能等机械性能都超出原来的木材10倍以上。

  拉伸强度指的是一种材料在被拉断前可以承受的最大应力。超级木头的拉伸强度可达到587兆帕,与钢材媲美。比拉伸强度指的是拉伸强度除以密度,这一指标对汽车、航天等一些对重量敏感领域的应用很重要。由于木材的低密度特点,超级木头的比拉伸强度超过几乎所有金属和合金材料,甚至包括钛合金。试验表明,一个高速射入的小钢柱都无法穿透由5层超级木头叠加的层合板。

  他还说,"超级木头"的关键一部分在于移除一种叫做木素的化学物质。"木素就像是天然木头里面把所有元素聚集在一起的粘合剂。在我们的实验过程中,我们发现要完全地提升木头的密度就得去除一些粘合剂。"

  胡良斌和李腾表示,通过以化学物质以及对木头施压一天左右来去除一半的木素后,木头的强度和轻度足以用于建造汽车、飞机、风力发电机以及更多其他的用途。他们甚至表示,锯木厂有一天可能会取代炼钢厂。

  研究人员指出,超级木头有潜力在建筑、交通、航空航天领域取代金属等材料。美国工程院院士、布朗大学教授高华健作为第三方专家评价说,这项研究为设计轻质高性能结构材料提供了一条有巨大潜力的途径,在需要高强度高韧性和高抗冲击的工程应用中有广泛应用前景。“尤其令人兴奋的是,他们对原生木材的处理方法可以简便实施,而且对各种木材都适用。”

  试想,如果该项技术未来实现产业化、规模化应用,将会彻底改变结构材料行业的发展,不但把原材料从不可再生的铁矿石等各种矿产资源变为了可再生的木材资源,而且价格更低、更加环保。

  对木材的需求也将带来数量级的增长,届时,用于制造纸浆的人工林还能有多少份额呢?价格又会涨到哪里去呢?

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