2024-04-21
开云人工木材从“形似”走向“神似”—新闻—科学网
新型人工木料不只具备近似木料的取向孔道布局，并且力学强度与自然木料相称，更主要的是，人工木料还具备很好的耐腐化、隔热以及防火机能。 ■本报记者 袁一雪 钢材、树脂、碳纤维 这些人造合成质料已经经愈来愈多地呈现于一样平常糊口中。这既是科学技能前进的成果，也是人类不停寻求夸姣糊口使然。 不外，一直有一种质料始终没法被彻底代替，那就是木料。因其质轻又统筹韧性和易加工等特征，这些都是人工质料没法代替的。 近日，中国科技年夜学化学与质料科学学院传授俞书宏领导的研究团队传来好动静，该团队以传统酚醛树脂以及密胺树脂为基体质料研制出了树脂基仿生人工木料。神奇的是，它不只化学组分上靠近自然木料，并且，于其内部也有近似自然木料的取向孔道布局。 恰是如许的布局，让人造木料的壁厚以及孔尺寸具备较好的可调控性，压缩屈就强度也与自然木料相称。并且，除了了品质轻、强度高，它与自然木料比拟还具备耐腐化、隔热以及防火等长处。据悉，这类人工木料无望取代自然木料，实此刻苛刻或者极度前提下的运用。 拔取质料 使用人工质料模仿自然木料其实不是件轻易的工作，为什么选择使用传统酚醛树脂以及密胺树脂为基体质料呢？俞书宏于接管《中国科学报》记者采访时注释说，由于木料化学身分重要是由基体质料木质素以及填充质料纤维素纤维构成。这两种组分复合成 钢筋混凝土 布局，才让木料虽然轻却具备很是高的强度。 基体质料木质素是一种典型的无定型布局的多酚聚合物，它就像一个结实的三维收集将纤维素纤维紧紧地束厄局促于木头孔壁以内。 于人工合成的化学产物中有一种聚合物与木质素很是近似，就是酚醛树脂。它具备很好的可加工性，定型后可以经由过程加热来交联固化，且固化后具备很是好的力学机能。而密胺树脂也具备近似特色，以是，研究职员选择了这两种树脂作为人工木料的基体质料。 但于以前的研究中，使用陶瓷粉末质料以及胶黏剂的混淆浆料较多。这类混淆浆料可以经由过程取向冷冻并干燥后，再于1500℃以上的高温下举行烧结，但如许得到的陶瓷块体质料强度不睬想。别的一类是将聚合物溶液举行取向冷冻，干燥后制患上聚合物基仿木布局质料，强度也很是低，今朝重要用在细胞项目等范畴。 颠末一系列实验证实，传统酚醛树脂以及密胺树脂组合的新质料，比自然木料更耐腐化，且它被火焰引燃后还能迅速主动熄灭。而传统的陶瓷基仿木布局质料虽然具备很好的防火机能，可是隔热机能很差，由于陶瓷自己就具备很好的传热威力。于包管品质轻、强度高机能的条件下，其他仿木布局质料很难做到防火跟隔热一体化，然而，这一难题却被俞书宏研究团队破解了。 这让研究职员看到新质料更多运用的远景，好比与石墨烯复合的人工木料具备精良的隔热效果，且易在年夜范围出产。 模仿自然木料孔道是个难题 人造木料的基体质料确定后，摆于研究职员眼前的问题是怎样回复复兴自然木料的孔道布局。为什么要回复复兴孔道布局？由于自然木料之以是连结着品质轻、强度高的长处，就是由于存于孔道布局。也就是说，假如没法回复复兴孔道布局，那末人工木料就只能是 形似 ，而没法到达 神似 。 研究职员测验考试着于冷冻状况下，将树脂的水溶液置在冷台之上，与冷台接触的液体最先结冰，冰晶会沿着温度梯度标的目的生长。树脂质料由于遭到冰晶的影响造成孔壁，将冰晶升华以及固化后，本来由于冰晶所占的空间造成的孔道就天然而然地留于基体内。要领提及来简朴，但实现起来其实不轻易。 只是研究孔道，咱们就花了近两年的时间。 俞书宏说。 于研究历程中，研究职员碰到年夜巨细小许多问题，最坚苦的环节应该是树脂质料于冷冻干燥以后、固化以前，怎样维持取向孔道布局。由于基体质料接纳的是液态的树脂，但于冷冻干燥以后、固化以前这个空档期，冰晶已经经升华，而液态树脂尚没法维持固定的外形，以是于重力作用下液态树脂会发生蠕变，致使整个布局彻底塌失。 为相识决这一问题，研究职员寻觅增添另外一种质料作为姑且支架来不变树脂。颠末研究，他们发明壳聚糖长短常适合的姑且支架质料。由于于干燥环境下壳聚糖是固体，可以或许维持特定的外形，并且壳聚糖与树脂具备很是强的静电彼此作用，于冰晶升华以后，壳聚糖可以或许将液态树脂紧紧束厄局促住，降服其蠕变举动，为他们加热固化树脂争夺了时间。 于这项研究中，俞书宏等研究职员哄骗新开发的 自拆卸以及热固化 技能制备人工木料，制备历程分两步 取向冷冻技能定型以及树脂加热固化成型。虽然这两项技能并不是新技能，但将取向冷冻以及树脂固化联合使用的技能倒是创始， 这两种技能的联合并不是简朴的1+1，而是需要降服许多技能难题 。俞书宏坦言。 批量出产还需时间 新的要领具备简朴、易操作等长处，所患上的新型人工木料不只具备近似木料的取向孔道布局，并且力学强度与自然木料相称，更主要的是，人工木料还具备很好的耐腐化、隔热以及防火机能。 俞书宏暗示，这类质料不只材质机能优秀，并且建造成本不高。 可是，今朝人工木料还没法走出试验室。 起首，质料种类有限，现下仅限在酚醛树脂以及密胺树脂，研究职员还需要进一步开发其他项目质料或者天然质料的仿木料布局质料，拓宽质料品种。由于酚醛树脂以及密胺树脂都是典型的脆性质料，使用历程中很轻易发生脆性断裂。 其次，新质料的成本还需进一步节制，由于此刻的经济以及时间成原来自在冷冻干燥机的使用历程。 冷冻干燥时间取决在样品尺寸，样品越年夜、越厚，所需时间越长，由于样品中央处冰晶升华需要更长的时间。 俞书宏注释说。并且，于试验室，样品的长度受冷冻平台尺寸以及冻干机尺寸的限定，别的，这类要领制备的样品厚度也有极限，最高峻约5厘米。制备更厚的样品，则需要选用其他冷冻要领了。 假如冷冻干燥历程可以用更简朴、省时的技能替换，批量出产将成为可能。 俞书宏说。 《����APP中国科学报》 (2018-09-07 第3版 科普)/开云
