中国科大研制各向同性全生物质仿生木材

　　这项研究遭到国度天然科学基金委立异研究群体、国度天然科学基金沉点项目、中国科学院前沿科学沉点研究项目、中国科学院纳米科学杰出立异核心、合肥分析性国度科学核心等赞帮。

　　近日，中国科学手艺大学俞书宏院士团队通过深切解析生物质微不雅布局，提出了一种操纵生物质天然纳米布局的全新的生物质概况纳米化策略，基于这种策略建立了一种可持续新型各向同性仿生木材（“RGI-wood”）。该策略巧妙地操纵了木屑等生物质中天然的纤维素纳米纤维，将其正在木屑颗粒概况，相关研究于12月12日以“Regenerated isotropic wood”为题颁发正在《国度科学评论》National Science Review上。

　　木材一曲是被普遍利用的一种布局材料，但天然实木受制于大尺寸材料的罕见性和力学的各向同性，因而目前普遍利用的工程木材料次要是人制板。人制板范畴市场规模庞大，我国人制板年产量跨越3。25亿立方米，市场规模近万亿元。保守人制板次要通过含有甲醛的树脂等粘合剂将木屑等生物质原料粘结起来，这不只提高了人制板的成本，还会正在利用过程中持续甲醛等有毒无害的气体，无害利用者的身体健康。因而，成长高机能无甲醛绿色环保板材对保守人制板财产升级成长至关主要。

　　图1。基于自下而上微米/纳米布局设想制备各向同性木材（RGI-wood）的示企图。（a）天然木屑图片；（b）概况蚀刻后的木屑颗粒；（c）概况纳米化的木屑（SNWP）布局示企图；（d）Ca2+和氢键的SNWP的拆卸过程；（e）通过热备RGI-wood。

　　此外，这种由纳米纤维形成的收集也为制备木基纳米复合材料供给了一种新路子。能够获得导电智强人制木材，因碳纳米管可以或许正在此中构成持续的三维收集，因而其具有比保守聚合物/碳纳米管复合材料更好的导电收集和更高电导率。基于这种智强人制木材的高导电性，它能够实现传感、自觉热以及电磁屏障等多种使用。这种智强人制木材表示出了超卓的电磁屏障机能（X波段跨越90 dB），能够满脚细密电子仪器屏障尺度的要求。这种智强人制木材还能够正在1。75 V低电压下（约等于两节五号电池的电压）实现自觉热，可正在5分钟内升至60摄氏度，这种正在低电压下即可自觉热木材可无效地确保自加热设备的平安性，同时削减能耗。

　　使用这种策略所制备的人制木材正在各标的目的上具有不异的力学强度，且超越了实木材和保守人制板。这种新型人制木材自下而上的制备体例使其正在尺寸大将不受，能够降服大块实木材料的稀缺性，大大拓宽了这类木质材料的使用范畴。别的，其还表示出优异的阻燃性性和防水性。正在这种高机能人制木材中，微米级木屑颗粒的着大量的纳米标准的纤维素纤维，这些纳米纤维通过离子键、氢键、范德华力以及物理纠缠等彼此感化连系正在一路，微米级的木屑颗粒也被这些互相环绕纠缠的纳米纤维收集慎密地连系一路构成高强度的致密布局，而无需添加任何粘结剂。这种布局特征带来了高达170 MPa的各向同性抗弯强度和约10 GPa的弯曲模量，远超天然实木的力学强度。此外，新型人制木材还显示出优异的断裂韧性，极限抗压强度，硬度，抗冲击性，尺寸不变性以及优于天然木材的阻燃性。做为一种全生物基的环保材料，新型人制木材不只不含任何粘结剂，还具有远超树脂基材料和保守塑料的力学机能，因而具有很是普遍的使用前景。

　　这项研究提出了一种生物质颗粒概况纳米化方式和策略，可用于建立全生物质，不含任何粘结剂，具有优异的力学机能，可复合的新型人制木材。同时，这种全新的生物质概况纳米化策略也能够扩展到其他生物质（例如，树叶、稻草和秸秆等），无望用于制制一系列绿色全生物质的可持续布局材料，将进一步鞭策人制板行业向绿色、环保和低碳标的目的成长。

　　图2。各向同性仿生木材取天然木材的机能对比。（a）弯曲强度对比；（b）压缩强度对比；（c）各向同性仿生木材具有远超凡用聚合物材料的强度和模量；（d）取天然木材的燃烧热率对比；（e）取天然木材的燃烧失沉对比；（f）取天然木材的燃烧发烟量对比。