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hg0088开户:碎木比钢强 压缩材料并去除一些聚合物可使其强度增

发布时间:2018-10-07 17:27 作者:hg0088 点击量:
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 hg0088开户    研究人员报告说,化学浴和热压可以将木材转化为比钢更强的材料。这个过程和其他类似的过程可以使这种不起眼的材料成为汽车和建筑制造中使用塑料和金属的环保替代品。
 
“这是一种具有巨大潜力的新型材料,”马里兰大学帕克分校的机械专家李腾说,他是该研究的合着者,于2月7日在Nature1上发表。
 
加强木材的尝试可追溯到几十年前。一些努力的重点是通过提取纤维素中的纳米纤维来合成新材料 - 纤维素中的硬质天然聚合物,通过植物组织漏水。
 
李的团队采取了不同的方法:研究人员专注于改变天然木材的多孔结构。首先,他们将氢氧化钠和亚硫酸钠溶液中的不同木材类型(包括橡木)煮沸7小时。该处理使淀粉纤维素大部分完整,但通过去除一些周围的化合物在木结构中产生更多的空腔。这些包括木质素,一种结合纤维素的聚合物。
 
然后,团队在100ºC的压力下将块状物 - 如帕尼尼三明治 - 压了一天。结果:木板厚度的五分之一,但天然木材密度的三倍 - 和11.5倍的强度。先前对木材致密化的尝试已经将强度提高了大约三到四倍。
 
扫描电子显微镜显示,最新的工艺将纤维素管压碎,直到它们揉皱并互锁。 “你们所有这些纳米纤维都在增长方向上保持一致,”马里兰大学帕克分校的材料科学家胡良兵说。
 
为了测试材料的韧性,该团队使用通常用于测试军用车辆抗冲击性的弹道气枪向其发射弹丸。层压在一起的五层材料 - 总厚度仅为3毫米 - 能够制止一个46克的钢弹,每秒约30米。
 
胡说,这比子弹飞行时每秒几百米要慢得多,但它可以与碰撞前汽车可能移动的速度相媲美,使材料可能适合用于车辆。

力量问题
 
一些研究人员表示,他们对该集团相对于先前致密化方法的改进感到不满。 Corvallis的俄勒冈州立大学的Fred Kamke说,即使不去除木质素,其他技术 - 例如施加更高的温度,在处理之前蒸木材,并用树脂处理 - 可以实现大部分报告的性能提高。 “这些其他方法可能比腐蚀性溶液中7小时沸腾的成本低得多,”他说。在他自己的测试中,未经化学处理的24层致密木材能够从手枪中停止9毫米的子弹。
 
德国波茨坦马克斯普朗克胶体与界面研究所的植物生物力学研究员Michaela Eder指出,压缩木材以增加其密度应该会自然地提高其强度 - 但目前尚不清楚纳米纤维的缠结有多大贡献。 Hu和Li说,他们团队的模拟结果表明,当纳米纤维缠结时,强度的增加与氢键形成的影响一致。他们说,进一步的证据是在之前的工作中,他们提取木质纳米纤维,使纸张强度提高40倍,韧性提高130倍,但密度只有适度增加。他们说,这表明纤维素纤维是粘合的,以达到更高的强度。
 
最新的研究也遵循1月份发表的研究3,其中研究人员在室温下去除了所有木质素并压缩了材料 - 导致强度增加了三倍。
 
胡说,他的研究的主要发现是去除适量的木质素是最大化性能的关键。在他的团队的实验中,去除过多的聚合物导致不太致密,脆的木材,这表明一些剩余的木质素在热压时有助于粘合纤维素纤维。当大约45%的木质素被去除时,木材最强。
 
“我发现这方面有很多潜力,”埃德说,两篇论文都说。 “我喜欢的是他们试图利用木材本身的固有特性。这是一个很好的工作和改进材料。“
 

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