顆粒在線訊：木材是可再生的，且其生產(chǎn)加工過程不會對環(huán)境產(chǎn)生大規(guī)模污染，這在今天地球環(huán)境變化的背景下顯得尤其有價值。因此，不少材料學(xué)家重新把目光投向木材，希望將它發(fā)展成金屬和塑料的替代品。不過要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，首先要讓木頭變得可塑。

　　木質(zhì)素如同木頭的“骨架”

　　要讓木頭變得可塑，我們先要明白木頭為什么這么“僵硬”。植物的微觀結(jié)構(gòu)可以給出線索。

　　植物的細(xì)胞包裹在細(xì)胞壁中，細(xì)胞壁主要由纖維素、半纖維素和其他多糖組成，而它們之間的空隙被木質(zhì)素填充。在植物的木質(zhì)部中，細(xì)胞壁會經(jīng)歷木質(zhì)化過程，其中的木質(zhì)素沉積下來，增加了細(xì)胞壁的厚度，使得木質(zhì)部獲得較高的機(jī)械強(qiáng)度，足以支撐起整個植株。可以說，木質(zhì)素就是木頭的“骨架”，它使得木頭機(jī)械強(qiáng)度高到可以做房梁和柱子，卻也使木頭失去了塑性，不容易發(fā)生形變。

　　想讓木頭變?nèi)彳?，第一步便是去除木質(zhì)素。這個道理古人早就明白了，而且把它運(yùn)用到一項(xiàng)我們熟悉的工藝中：造紙。拿到稻草、蘆葦稈、木屑這些原料后，一般都要用化學(xué)方法去除其中的木質(zhì)素，得到以纖維素為主的紙漿，再進(jìn)行后續(xù)加工。這種脫木質(zhì)素過程是改造木材的一種常用方法。

　　木頭加工成紙張后，形狀可以輕易改變，卻也失去了機(jī)械強(qiáng)度，無法承受大重量的沖壓、拉扯。能不能找到一種方法，在不損失機(jī)械強(qiáng)度的前提下，讓木頭可以像紙一樣折疊？

　　處理后的木頭機(jī)械強(qiáng)度更高

　　近日發(fā)表于《科學(xué)》雜志的一項(xiàng)研究中，來自美國馬里蘭大學(xué)的研究人員把造紙的第一步用到了天然木材的處理上。

　　但與造紙不同，首先木材并沒有被打成木漿，研究人員處理的是一塊約3毫米厚的薄木板；其次脫木質(zhì)素過程僅去除了大約55%的木質(zhì)素和67%的半纖維素。經(jīng)過脫木質(zhì)素過程和烘干處理后，研究人員得到了一塊壓縮木頭。由于失去木質(zhì)素的支持作用，木頭中的維管和纖維結(jié)構(gòu)坍縮擠壓在一起，木頭變得致密，依然僵硬、無法彎折。

　　接下來研究人員將壓縮木頭浸入水中約3分鐘。經(jīng)歷這一過程后，壓縮木頭中的纖維結(jié)構(gòu)依然是坍縮的，但維管結(jié)構(gòu)重新打開，讓木頭在微觀上有了空隙，有了形變空間，研究人員得到了可以塑形的木頭。這種木頭可以多次對折而不斷裂，這意味著它可以像紙一樣折疊成復(fù)雜的形狀。而折疊成想要的形狀后，只要在室溫下晾干，可塑木頭的形狀就固定下來了。

　　晾干后的木頭比天然木頭擁有更高的機(jī)械強(qiáng)度。據(jù)研究人員測量，這種可塑木頭沿木纖維方向的抗拉強(qiáng)度約為300兆帕，抗壓強(qiáng)度約為60兆帕，分別是天然木材的6倍和2倍。而且由于密度較低，在機(jī)械強(qiáng)度相同的情況下，用可塑木頭做的結(jié)構(gòu)要比鋁合金做的輕得多。

　　解決木頭塑性問題的同時，研究人員也很好奇，最終成型的木材可以擁有多么高的硬度？在稍早一些發(fā)表在《物質(zhì)》雜志的一項(xiàng)研究中，來自相同科研單位的研究人員探索了木頭的硬度極限。

　　研究人員依然先對天然木材進(jìn)行脫木質(zhì)素處理，得到以纖維素為主的樣品。之后用熱壓機(jī)在室溫和20兆帕的壓力下壓縮樣品，再加熱到105℃烘干。最后將樣品浸入食品級油中48小時，使木材表面獲得防水性。經(jīng)過這種處理后，研究人員得到了硬化木頭的樣品。

　　研究人員用硬化木頭樣品做了兩把木刀，一把木纖維走向與刀刃平行，另一把木纖維走向與刀刃垂直。掃描電子顯微鏡成像顯示，兩種木刀都比普通鋼制餐刀鋒利得多。經(jīng)研究人員演示，這種硬化木刀可以輕易切開半熟的牛排。

　　研究人員還用硬化木頭制作了木釘。經(jīng)拋光處理的硬化木釘可以將三塊木板釘在一起，鋒利程度可與商用鋼釘匹敵且不易生銹。