關於土撥鼠能夠啃咬多少木頭的問題可能需要重新評估了。近日，《自然》雜誌上發表的一項新研究展示了一種全新的製造木材的方法，這種方法能夠使得製造的木材的強度／重量比甚至超過大多數金屬。
更硬，更強，更好
目前可用的許多高性能結構材料都或多或少有自己的不可忽視的缺點。比如鋼鐵這樣的金屬材料，其硬度和強度可能很高，但是它們同時重量也很重並且還屬於環境不友好的類別。複合材料和聚合物基體的材料可能沒有這些缺點，但是它們的生產工藝複雜且昂貴。
儘管在各種材料方面我們都有不斷的技術創新，木材仍然是建材的最佳選擇之一，木材儲量豐富，價格便宜並且重量也很輕。然而，與其他現代建築材料相比，它不是非常堅固耐用。因此，為了提高木材的機械性能，研究人員開發了各種木材處理方法。
通過處理木材以改善其機械性能並不是什麼新鮮事，其工藝的簡單版本可以追溯到十八世紀。木材可以用蒸汽，加熱，氨水或冷軋工藝處理，使其更加堅固——但單獨來說，這些工藝中沒有一個能夠充分發揮木材的潛力。更何況木材經常會隨著時間的推移而重新膨脹和失去強度。
而新工藝的方法涉及兩個步驟：木材先經過化學處理，然後在 100℃以上進行熱壓製成「緻密木材」。具體的步驟解析圖如下所示，首先，通過化學處理來去除部分木質素。然後，將木材在 100℃下進行機械熱壓來壓縮了 80% 的厚度。
圖丨「超級木材」的加工方法和性能
自然木材中在順著木頭生長的方向有許多的腔室（直徑為 20-80 微米的管狀通道），化學處理會大大減少木質素的含量卻不會大量減少纖維素的含量，因為這二者在反應溶液中的穩定性不一樣。當天然木材在氫氧化鈉和亞硫酸鈉（NaOH/Na2SO3）的混合物中煮沸時，化學物質便會分解木材中的木質素。木質素是聚合物，存在於許多剛性植物的細胞壁中，使植物保持堅硬度。當一些，切記，並不是所有的木質素都被破壞時，木材很容易被壓縮而變得得更堅硬：緻密的木材。在經過 100℃的垂直木材生長方向的熱壓後，緻密木材的厚度減少20%，密度變為原來的 3 倍。
緻密木材有獨特的微觀結構，主要由纖維素這種納米纖維構成，微觀下緊密堆積並互卷的木材細胞壁使得纖維素納米纖維形成高度一致方向的排列，這極大地增加了納米纖維的接觸表面積。
從分子角度看，由於纖維素分子鏈中富含羥基基團，在堆積的細胞壁的邊緣上大量相鄰納米纖維之間形成/斷裂/再形成氫鍵，這一持續不斷的分子活動使得最終的硬度有效提高，因為最終斷裂緻密木材的所需能量遠超自然木材。同時，緻密木材微觀結構上的缺陷數量和尺寸也遠少於自然木材，改造後的緻密木材的拉伸強度約為 422MPa cm/g，這一強度比許多常見的金屬合金，甚至輕質量出名的鈦合金還要高。
足夠堅硬？
研究人員說，這種改造後的木材比天然木材要強 11倍，它也不再能夠漂浮在水中了。不過，壓實的木材的密度只有普通木材的三倍左右——仍比今天使用的大多數建築材料要輕得多。
在實際應用方面，研究的主要重點是密實木材在建築中的潛在用途。對於複雜的工程項目，天然木材在強度方面根本無法與金屬合金和塑料競爭。然而，緻密木材或許可以一戰。
這項研究還引用了他們的創作的另一個用途：低成本的裝甲和子彈能量吸收的材料。在密實木材的層壓版本的彈道測試中，他們發現它吸收了比天然木材多十倍的能量。
但是，緻密的木材並不是完美的材料。從天然植物材料中去除木質素的一個關鍵問題是細菌和真菌。在活的植物中，木質素的剛性有助於抵禦這些攻擊。密實的木結構是否會更容易受到細菌和真菌的影響還有待觀察。
儘管如此，這對我們人類卻是一個提醒：只需要一點幫助，大自然仍然是最偉大的工程師。