【材料】人工木材从“形似”走向“神似”

    人工木材从“形似”走向“神似”

人工木材从“形似”走向“神似”新型人工木材不仅具有类似木材的取向孔道结构，而且力学强度与天然木材相当，更重要的是，人工木材还具有很好的耐腐蚀、隔热和防火性能。

钢材、树脂、碳纤维……这些人造合成材料已经越来越多地出现在日常生活中。

神奇的是，它不仅化学组分上接近天然木材，而且，在其内部也有类似天然木材的取向孔道结构。

而且，除了质量轻、强度高，它与天然木材相比还具有耐腐蚀、隔热和防火等优点。

俞书宏在接受《中国科学报》记者采访时解释说，因为木材化学成分主要是由基体材料木质素和填充材料纤维素纤维组成。

这两种组分复合成“钢筋混凝土”结构，才让木材虽然轻却具有非常高的强度。

这种混合浆料可以通过取向冷冻并干燥后，再在1500℃以上的高温下进行烧结，但这样获得的陶瓷块体材料强度不理想。

而传统的陶瓷基仿木结构材料虽然具有很好的防火性能，但是隔热性能很差，因为陶瓷本身就具有很好的传热能力。

也就是说，如果无法复原孔道结构，那么人工木材就只能是“形似”，而无法达到“神似”。

因为基体材料采用的是液态的树脂，但在冷冻干燥之后、固化之前这个空档期，冰晶已经升华，而液态树脂尚无法维持固定的形状，所以在重力作用下液态树脂会发生蠕变，导致整个结构完全塌掉。

因为在干燥情况下壳聚糖是固体，能够维持特定的形状，而且壳聚糖与树脂具有非常强的静电相互作用，在冰晶升华之后，壳聚糖能够将液态树脂牢牢束缚住，克服其蠕变行为，为他们加热固化树脂争取了时间。

在这项研究中，俞书宏等研究人员利用新开发的“自组装和热固化”技术制备人工木材，制备过程分两步——取向冷冻技术定型和树脂加热固化成型。

虽然这两项技术并非新技术，但将取向冷冻和树脂固化结合使用的技术却是首创，“这两种技术的结合并非简单的1+1，而是需要克服很多技术难题”。

批量生产还需时间“新的方法具有简单、易操作等优点，所得的新型人工木材不仅具有类似木材的取向孔道结构，而且力学强度与天然木材相当，更重要的是，人工木材还具有很好的耐腐蚀、隔热和防火性能。

首先，材料品种有限，现下仅限于酚醛树脂和密胺树脂，研究人员还需要进一步开发其他工程材料或自然材料的仿木材结构材料，拓宽材料种类。

“冷冻干燥时间取决于样品尺寸，样品越大、越厚，所需时间越长，因为样品中心处冰晶升华需要更长的时间。

而且，在实验室，样品的长度受冷冻平台尺寸和冻干机尺寸的限制，另外，这种方法制备的样品厚度也有极限，最高大约5厘米。

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