科學前沿觀天下 篤學明理洞寰宇
近日，美國馬裡蘭大學的研究人員開發了一種新型的「超級木材」，其強度比普通木材高出10倍以上，而價格卻比後者廉價得多。這一創新很可能最終成為鋼鐵甚至鈦合金等其他材料的天然廉價替代品，成為未來材料領域的有力競爭對手。
這種新工藝的關鍵是一種特殊的化學處理。首先，類似於中國古代造紙術的木漿工藝，將天然木材在氫氧化鈉與亞硫酸鈉的混合溶液中煮沸，由此產生的新化學鍵使其足夠牢固。隨後，經過重重熱壓縮以破壞單個細胞間的細胞壁並形成更加牢固的化學鍵。這兩個步驟可以去除木材中某些聚合物，使其得到改性，同時也保留了特定的聚合物以增強木材強度。
這種方法使大量的氫原子與纖維素在納米纖維層面彼此結合，最終形成「超級木材」。其實，這樣的化學處理中實際反應機理是極其複雜的，但由於操作本身十分簡便且原材料的獲取極為容易，使其成為十分有前景的新型材料加工方法。
這種材料的性能絲毫不遜於鋼鐵，但其重量僅是鋼材的1/6,甚至可以與碳纖維相媲美，在加工時進行彎曲、塑形更是不在話下。除堅固輕便外，它的密度也異常的高，耐壓縮、耐刮擦，還有防潮的效果。
在此基礎上，研究人員還用子彈測試了超級木材的性能。結果發現在經受子彈暴擊後，超級木材可以將高速運動的子彈阻攔在木材中，而非像標準強度木材那般發生爆破。這意味著「超級木材」的應用不僅局限於家具、汽車、飛機和建築等領域，裝甲、防彈也可能成為它的用武之地…
目前，該工藝已被證明可以在多種不同的木材上使用，接下來要做的便是擴大並加速「超級木材」的生產。不過，在我們看到一架木製飛機在跑道上滑行前依舊有許多工作要做，但這一成果為我們提供了一個極具前景的輕質高性能結構材料設計途徑，具有巨大的潛力
參考文獻：Processing bulk natural wood into a high-performance structural material. Nature volume 554, pages 224–228 (08 February 2018)