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工程师发现了一种增加木材密度并改善其作为结构材料的机械性能的方法

马里兰工程师开发的一种新的预处理工艺可以生产出密度极高的木材,其强度,韧性,耐冲击性和尺寸稳定性是普通木材的10倍以上。开发者声称,他们加工的木材的比强度超过了大多数结构金属和钛合金,但比碳纤维便宜。

这项研究是由马里兰大学帕克分校进行的,并发表在《自然》杂志上。

合成结构材料具有弥补其优异的强度和韧性的缺点。传统的钢和合金很重,并且通过高污染的工艺生产,而衍生自聚合物或仿生物的复合材料由于其复杂的制造要求而价格过高。

廉价且普通的天然木材作为建筑结构材料已经使用了数千年。但是,其机械强度不足以用于主要应用和工程结构。

天然木材可以通过预处理与浸渍相结合而得到增强。但是,当前的方法无法实现完全致密化。当前类型的经过预处理的木材在潮湿环境中也无法保持其尺寸。木材在吸收水分后会膨胀,从而削弱其结构完整性。

研究人员设计了一种新的两步工艺来对木材进行预处理。第一步是在氢氧化钠(NaOH)和亚硫酸钠(Na2SO3)的水性混合物中煮沸天然木材,从而从材料中去除木质素和半纤维素。第二步是热压,这会使细胞壁塌陷并导致完全致密化。纤维素纳米纤维的检查表明它们紧密对齐。

所得木材轻,坚固且便宜。事实证明,该预处理过程可与来自不同树种的各种类型的木材兼容。

研究人员认为,经过预处理的木材可以用作建筑结构,汽车制造等领域中复合材料和金属合金的廉价且自然友好的替代品。

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