中國(guó)林科院木工所成功研發(fā)超硬木質(zhì)復(fù)合材料

中國(guó)林科院木工所聯(lián)合英國(guó)諾森比亞大學(xué)、加拿大阿爾伯塔大學(xué)以及林化所等研究團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)出一種超硬木質(zhì)復(fù)合材料（WBC），其硬度與鎂合金AZ61相當(dāng)，可以抵擋子彈沖擊，為可持續(xù)高性能材料開(kāi)辟了新方向。

樹(shù)木從幼苗到參天大樹(shù)的過(guò)程中，酚類聚合物木質(zhì)素憑借其交聯(lián)特性，以殼狀結(jié)構(gòu)包裹纖維束使細(xì)胞壁逐漸硬化，*終支撐起整棵樹(shù)的重量。研究團(tuán)隊(duì)巧妙模擬了這一機(jī)制：將低分子量酚醛樹(shù)脂（PF）注入超薄木單板（0.2毫米）的細(xì)胞壁，增強(qiáng)殼狀結(jié)構(gòu)的含量和密度。通過(guò)PF交聯(lián)固化顯著提升細(xì)胞壁硬度。同時(shí)利用低分子量PF增塑的作用，進(jìn)一步壓縮密實(shí)化木材，強(qiáng)化纖維素骨架內(nèi)的相互作用，*終形成超硬木質(zhì)復(fù)合材料。這種細(xì)胞壁級(jí)強(qiáng)化技術(shù)突破了傳統(tǒng)木材增強(qiáng)方法的局限——既避免了堿處理脫木質(zhì)素的環(huán)境污染，又解決了傳統(tǒng)層壓材料易受濕度影響尺寸穩(wěn)定性的難題。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，超硬木質(zhì)復(fù)合材料的詹氏硬度是普通楊木的19.5倍，甚至超過(guò)蛇紋木等名貴硬木；布氏硬度達(dá)40.7HB，優(yōu)于不銹鋼和鋁合金；具有優(yōu)異的靜、動(dòng)態(tài)抗穿刺性能，可抵擋箭矢和子彈等高速?zèng)_擊，背板無(wú)穿透損傷。

超硬木質(zhì)復(fù)合材料的熱釋放率比普通木材降低52.5%、煙霧生成減少59%，火災(zāi)中可形成致密碳層阻隔氧氣；導(dǎo)熱系數(shù)僅0.12W/m·K，優(yōu)于多數(shù)商用保溫材料；耐腐等級(jí)達(dá)到Ⅱ級(jí)，白蟻存活率降低71.5%，使用壽命大幅延長(zhǎng)。生命周期評(píng)估顯示，其全球變暖潛力、酸化、臭氧消耗、對(duì)呼吸系統(tǒng)及人類健康影響均低于鋼材、混凝土結(jié)構(gòu)材料，且甲醛釋放量檢測(cè)值與實(shí)木相當(dāng)。

超硬木質(zhì)復(fù)合材料的潛在應(yīng)用包括：抗震、防爆等建筑結(jié)構(gòu)，可移動(dòng)輕量化防彈墻、防洪堤等設(shè)施，公路護(hù)欄、減震帶、船舶板等耐沖擊部件。

該研究成果論文發(fā)表于AdvancedMaterials。木工所副研究員黃宇翔和英國(guó)諾森比亞大學(xué)KaixinJiang為共同*作者，木工所研究員余養(yǎng)倫、林化所研究員張代暉、加拿大阿爾伯塔大學(xué)教授XuehuaZhang和英國(guó)諾森比亞大學(xué)教授BenBinXu為共同通訊作者。

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