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昨日，胡良兵等人的關于用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)，如此巧妙地結合了起來！

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，實在是太厲害了，不愧是“木頭大王”！

Science封面！胡良兵又獲突破，昨天才剛發(fā)完Nature?。? /></section>
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材料的形狀與其內(nèi)在特性同樣重要。例如，結構組件必須由材料制成，這些材料可以在不犧牲機械強度的特殊情況下進行物理形成以滿足特定需求。此外，同樣輕質(zhì)的材料對基于車輛的應用（如汽車、火車和飛機）特別有價值，因為減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，用于機械支撐，因為它們具有低密度和可由擠壓、鑄造和注塑等不同方式加工成不同形狀和尺寸的輕質(zhì)結構組件的特點。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)結構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。木材產(chǎn)品可以通過取代碳密集型化石燃料材料以及提供擴展碳儲存來幫助緩解氣候變化。木材在機械上也堅固、重量輕，并可能成本低。事實證明，各種方法可以改善木材的特性和功能，用于更廣泛的應用，包括去木質(zhì)化、致密化和其他方式（例如熱處理、有機或無機鹽浸漬等）。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雜形狀變得困難。

馬里蘭大學胡良兵等人在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。由于剩余的細胞壁吸收水分，部分和選擇性地去除這種疏水成分會導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)境條件下將木材風干約30小時，以除水并形成收縮木材。接下來，將縮小的木材浸泡在水中3分鐘，稱之為水沖擊過程，該過程部分重新膨脹細胞壁，并導致產(chǎn)物中的樣本尺寸有所擴展，作者稱之為可塑木材。

通過這種方法，木材可以加工成各種形狀，同時大幅提高其機械強度。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程形成了一個獨特的部分開放、起皺的細胞壁結構，為壓縮提供了空間，并具有支持高應變的能力，使材料易于折疊和成型。然后，這種可塑木材可以實現(xiàn)的不同形狀和結構可以通過空氣干燥來去除剩余的水，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固六倍，并與鋁合金等廣泛使用的輕質(zhì)材料相當。

該過程將木材從傳統(tǒng)的平面結構擴展到具有更大通用性的復雜3D設計和組件。操縱木材的天然各向異性結構，展現(xiàn)出可替代聚合物、金屬和聚合物復合材料在某些應用上的潛力。

圖文詳情

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<section style= 圖1. 通過部分脫木質(zhì)素與“水沖擊”過程相結合的“起皺細胞壁”工程策略，使木材更堅固和可塑

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圖2. 天然木材、皺縮木材和模壓木材的微觀結構

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圖3. 使用細胞壁工程工藝將3D模壓木材制作成各種形狀

圖4. 3D模壓木材的機械性能和LCA，用于堅固、輕量化的結構設計

文獻信息

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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