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      中國科學家發明輕質高強、防腐防火人工木材!
      編輯:尚蒙科技無錫有限公司   時間:2018-08-15

      天然木材的獨特取向孔道結構賦予其輕質高強的特點,有關仿木頭結構的研究是國際上仿生材料研究領域的熱點之一。然而,傳統的仿木頭結構材料是“徒有其型”,以往研究實現取向孔道結構的模仿,但其力學性能遠不能令人滿意。例如,目前開發的陶瓷基仿木頭結構材料,密度高、強度低、缺陷多,且制備過程需要高溫燒結(通常>1500℃)。因此,如何制備真正具有輕質高強特點的仿木材結構材料是仿生材料研究領域面臨的挑戰。

      近日,中國科學技術大學教授俞書宏帶領的科研團隊,發展了一種冰晶誘導自組裝和熱固化相結合的新技術,以傳統的酚醛樹脂和密胺樹脂為基體材料,研制出一系列具有類似天然木材取向孔道結構的新型仿生人工木材。該系列仿生人工木材具有輕質高強、耐腐蝕和隔熱防火等優點。

      8月10日,相關研究成果以Bioinspired polymeric woods為題,發表在《科學進展》上,Science雜志科學新聞以This synthetic wood is as strong as the real thing—and won’t catch fire為題,對該成果進行報道。論文的共同第一作者為博士后于志龍和碩士生楊寧。

      論文鏈接

      http://advances.sciencemag.org/content/4/8/eaat7223

      中科大Science子刊:輕質高強、防腐防火人工木材!


      研究人員研制的一系列樹脂基仿生人工木材,具有類似天然木材的取向孔道結構,并且壁厚和孔尺寸具有很好的可調控性(圖1)。這種方法可以復合多種納米材料以制備多功能復合人工木材,而且簡單高效,容易放大生產。這種取向孔道結構的人工木材具有突出的機械性能,壓縮屈服強度優于已開發的多種仿木結構的陶瓷材料,且與天然木材性能相當(圖2)。

      中科大Science子刊:輕質高強、防腐防火人工木材!

      圖1.人工木頭的制備過程示意圖。(A)樹脂聚合物的混合溶液;(B)取向冷凍和干燥后具有取向孔道結構的

      中科大Science子刊:輕質高強、防腐防火人工木材!

      圖2.仿生人工木材的照片、結構和力學性能。(A)酚醛樹脂基人工木材與微觀結構;(B)密胺樹脂基人工木

      與天然木材相比,仿生人工木材最大的優勢在于其耐腐蝕性、隔熱和防火性能。研究中,由于選用熱固樹脂材料作為基體材料,所制備的仿生人工木材具有很好的防水、耐酸腐蝕的特點,在水和硫酸溶液中浸泡30天,其力學強度均沒有衰減。得益于其取向孔道結構和孔壁中復合的納米材料,與石墨烯復合的人工木材具有很好的徑向(垂直于孔道方向)隔熱效果,最低熱導率可達20.8 mW/mK(毫瓦每米每開爾文)。考慮到人工木材的高比強度(壓縮強度/密度),這種人工木材比其他工程材料和氣凝膠材料具有更好的實用性。

      易燃性是天然木材在實際應用中面臨的最大問題,而防火阻燃則是人工木材最大的優點,通過復合不同的納米材料可以進一步提高其防火隔熱性能。這種人工木材具有很好的防火性能,在火焰引燃后能夠迅速自熄滅,這正是天然木材無法克服的缺點(圖3)。

      中科大Science子刊:輕質高強、防腐防火人工木材!

      圖3.人工木材的防火性能和巴爾杉木的易燃性對比。(a)CMF人工木材;(b)CPF人工木材;(c)C

      作為新型的仿生工程材料,其多功能性優于傳統的工程材料,這類人工木材有望代替天然木材,實現在苛刻或極端條件下的應用。此外,這種合成方法為制備和加工一系列高性能仿生工程材料提供了新思路,其功能的可設計性等優點將有助于拓寬該方法和制備的材料在多種技術領域中的應用。

      來源:今日頭條

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