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昨日，胡良兵等人的關(guān)于用Cu離子配位使得纖維素成為固體電解質(zhì)的工作登上了Nature，不禁讓人驚嘆，胡老師將其兩大王牌方向，木頭和固態(tài)電解質(zhì)，如此巧妙地結(jié)合了起來(lái)！

而今天，胡良兵又有成果登上了Science，還是基于木頭的工作，而且是這期的封面，實(shí)在是太厲害了，不愧是“木頭大王”！

材料的形狀與其內(nèi)在特性同樣重要。例如，結(jié)構(gòu)組件必須由材料制成，這些材料可以在不犧牲機(jī)械強(qiáng)度的特殊情況下進(jìn)行物理形成以滿足特定需求。此外，同樣輕質(zhì)的材料對(duì)基于車輛的應(yīng)用（如汽車、火車和飛機(jī)）特別有價(jià)值，因?yàn)闇p重措施可能是提高燃油效率的最直接方式。出于這些原因，聚合物和一些金屬，如鋁，用于機(jī)械支撐，因?yàn)樗鼈兙哂械兔芏群涂捎蓴D壓、鑄造和注塑等不同方式加工成不同形狀和尺寸的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)組件的特點(diǎn)。然而，需要開發(fā)更可持續(xù)的材料，以降低石化塑料的環(huán)境成本和金屬的能源成本。

木材是取代其中一些輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的潛在候選材料之一，特別是考慮到其作為可再生資源的優(yōu)勢(shì)。木材產(chǎn)品可以通過(guò)取代碳密集型化石燃料材料以及提供擴(kuò)展碳儲(chǔ)存來(lái)幫助緩解氣候變化。木材在機(jī)械上也堅(jiān)固、重量輕，并可能成本低。事實(shí)證明，各種方法可以改善木材的特性和功能，用于更廣泛的應(yīng)用，包括去木質(zhì)化、致密化和其他方式（例如熱處理、有機(jī)或無(wú)機(jī)鹽浸漬等）。盡管如此，與金屬和塑料相比，它的成形性通常很差，這使得將其加工成復(fù)雜形狀變得困難。

馬里蘭大學(xué)胡良兵等人在Science上發(fā)表最新成果，Lightweight, strong, moldable wood via cell wallengineering as a sustainable structural material。

作者報(bào)告了一種自上而下的方法，首先使用一種常見的水基的去木質(zhì)素工藝從貝斯伍德木質(zhì)纖維細(xì)胞壁上去除約55%的木質(zhì)素和約67%的半纖維素。由于剩余的細(xì)胞壁吸收水分，部分和選擇性地去除這種疏水成分會(huì)導(dǎo)致木材樣品變軟和溫和膨脹，具有較高比例的親水纖維素。因此，部分去火木材的含水量約為30%。然后，在環(huán)境條件下將木材風(fēng)干約30小時(shí)，以除水并形成收縮木材。接下來(lái)，將縮小的木材浸泡在水中3分鐘，稱之為水沖擊過(guò)程，該過(guò)程部分重新膨脹細(xì)胞壁，并導(dǎo)致產(chǎn)物中的樣本尺寸有所擴(kuò)展，作者稱之為可塑木材。

通過(guò)這種方法，木材可以加工成各種形狀，同時(shí)大幅提高其機(jī)械強(qiáng)度。主要概念基于部分去木質(zhì)素和軟化天然木材，然后通過(guò)干燥縮小容器和纖維，然后水浸泡，有選擇地打開通道（圖1A）。這種快速的水沖擊過(guò)程形成了一個(gè)獨(dú)特的部分開放、起皺的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)，為壓縮提供了空間，并具有支持高應(yīng)變的能力，使材料易于折疊和成型。然后，這種可塑木材可以實(shí)現(xiàn)的不同形狀和結(jié)構(gòu)可以通過(guò)空氣干燥來(lái)去除剩余的水，形成最終的3D成型木材產(chǎn)品（圖1B）。由此產(chǎn)生的3D成型木材比起始木材堅(jiān)固六倍，并與鋁合金等廣泛使用的輕質(zhì)材料相當(dāng)。

該過(guò)程將木材從傳統(tǒng)的平面結(jié)構(gòu)擴(kuò)展到具有更大通用性的復(fù)雜3D設(shè)計(jì)和組件。操縱木材的天然各向異性結(jié)構(gòu)，展現(xiàn)出可替代聚合物、金屬和聚合物復(fù)合材料在某些應(yīng)用上的潛力。

圖文詳情

牛！“木頭大王”胡良兵發(fā)完Nature，又登Science封面！

圖1. 通過(guò)部分脫木質(zhì)素與“水沖擊”過(guò)程相結(jié)合的“起皺細(xì)胞壁”工程策略，使木材更堅(jiān)固和可塑

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圖2. 天然木材、皺縮木材和模壓木材的微觀結(jié)構(gòu)

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圖3. 使用細(xì)胞壁工程工藝將3D模壓木材制作成各種形狀

圖4. 3D模壓木材的機(jī)械性能和LCA，用于堅(jiān)固、輕量化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

文獻(xiàn)信息

Xiao et al., Lightweight, strong, moldable wood via cell wallengineering as a sustainable structural material. Science 374, 465–471 (2021)

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abg9556

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