科学家利用合成树脂制造出了人造木材，这种木材在模仿天然木材的同时，还展现出更优异的多功能性能。
木材是一种存在于树木、灌木和矮树丛中的有机纤维组织。木材堪称地球上用途最广泛、或许也是最通用的材料。数千年来，木材被用于多种用途，并以其低密度和高强度而著称。木材独特的各向异性细胞结构（即不同方向上的性质不同）赋予了它卓越的机械性能，使其坚固、刚硬，同时又轻盈且富有弹性。木材具有高抗压强度和低抗拉强度。木材环保、经济、超强、耐用且经久耐用，可用于建造从造纸到房屋等各种物品。
大自然已经为我们提供了木材等令人惊叹的材料。然而，我们始终可以从自然界汲取灵感，设计和开发高性能的仿生工程材料，以“模仿”自然界中已有的生物材料的卓越特性。木材的独特之处在于其各向异性的细胞结构，以及低密度和高强度。近年来，科学家们尝试根据这一概念设计材料，以期复制木材的高强度和轻质等特性。然而，大多数研究都未能取得令人满意的结果，因为所设计的材料存在这样或那样的缺陷。对于工程师而言，构建人造类木材料仍然是一个巨大的挑战。这至关重要，因为天然木材的生长需要数十年时间，而时间和效率是制造类似天然木材材料时必须考虑的重要因素。
仿生木
中国科学技术大学的研究人员开发了一种大规模制备仿生人工聚合物木材的新策略。这种人工材料具有类似木材的细胞微观结构，微观结构可控性好，并展现出与天然木材相似的轻质高强等力学性能。研究人员表示，与迄今为止研究过的其他工程木材不同，这种新型材料的强度与天然木材相当。
天然木材中含有一种名为木质素的天然聚合物，它赋予木材强度。木质素将纤维素的小晶体以网状结构结合在一起，从而形成高强度。研究人员想到利用一种名为酚醛树脂的合成聚合物来复制木质素，因为酚醛树脂具有类似的性质。他们成功地将传统的酚醛树脂（酚醛树脂和三聚氰胺树脂）转化为类似人造木材的材料。这一转化首先利用了酚醛树脂的自组装特性，然后进行热固化。为了实现自组装，将液态恒温树脂进行单向冷冻，然后在不超过200摄氏度的温度下进行固化（交联或聚合）。由此制成的工程木材具有与天然木材非常相似的细胞状结构。随后，进行热固化——一种在温度诱导下酚醛树脂发生化学变化（此处为聚合）的过程——以制备人造聚合物木材。这种材料的孔径和壁厚可以手动控制。不仅如此，根据木材类型的需求，还可以改变酚醛树脂形成的微晶结构。通过添加或替换构成酚醛树脂的微晶，也可以改变木材的颜色。这种工程木材在受压时表现出与天然木材相似的强度。本研究中描述的方法也可以被称为一种绿色人造木材制备方法，其中可以使用纤维素纳米纤维和氧化石墨烯等纳米材料的复合材料。
有趣的是，与天然木材相比，工程人造木材显示出更好的耐水和耐酸腐蚀性，同时假设其机械性能没有下降。 这意味着人造木材可以抵抗极端天气事件，并在提供保护方面得到改进。 它还显示出更好的隔热性和更高的防火性，并且不会像天然木材一样容易着火，主要是因为甲阶酚醛具有阻燃性。 这对制造和建筑等行业来说是一个福音，尤其是使用天然木材建造时会着火的住宅建筑。 这种材料非常适合恶劣和恶劣的环境，因为与天然木材相比，它的性能相当出色。 与蜂窝陶瓷和气凝胶等标准工程材料相比，它在强度和隔热性能方面是独一无二的。 由于其更高的强度，它也比大多数塑木复合材料更有效。 工程木材具有相当多的特性，使其更高效。
这项发表在《科学进展》（Science Advances）上的研究描述了一种新颖的策略，为制造和设计各种高性能仿生工程复合材料提供了新的途径，这些材料相比传统材料具有显著优势。此类新型材料在许多领域具有广泛的应用前景。
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来源（S）
志龙 Y 等人。 2018 仿生聚合物木材。 科学进展. 4（8）。
https://doi.org/10.1126/sciadv.aat7223
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