新型人工木材不怕腐蝕更不怕火
天然木材的獨(dú)特平行孔道結(jié)構(gòu)賦予了其輕質(zhì)高強(qiáng)的特點(diǎn)，有關(guān)仿木頭結(jié)構(gòu)的研究是國際上仿生材料研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。然而，傳統(tǒng)的仿木頭結(jié)構(gòu)材料是“徒有其型”，雖然以往的研究實(shí)現(xiàn)了取向孔道結(jié)構(gòu)的模仿，但其力學(xué)性能遠(yuǎn)不能令人滿意。因此，如何制備真正具有輕質(zhì)高強(qiáng)特點(diǎn)的仿木材結(jié)構(gòu)材料是仿生材料研究領(lǐng)域面臨的挑戰(zhàn)。
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)俞書宏教授團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一種冰晶誘導(dǎo)自組裝和熱固化相結(jié)合的新技術(shù)，以傳統(tǒng)的酚醛樹脂或密胺樹脂為基體材料，成功研制了一系列具有類似天然木材取向孔道結(jié)構(gòu)的新型仿生人工木材。該系列仿生人工木材具有輕質(zhì)高強(qiáng)、耐腐蝕和隔熱防火等優(yōu)點(diǎn)。
這種新型的仿生人工木材的結(jié)構(gòu)(孔壁厚和孔尺寸)具有很好的可調(diào)控性，而且還可以復(fù)合多種納米材料以制備多功能復(fù)合人工木材，簡(jiǎn)單高效，容易放大生產(chǎn)。這種人工木材具有突出的機(jī)械性能，力學(xué)強(qiáng)度優(yōu)于已開發(fā)的多種仿木結(jié)構(gòu)的陶瓷材料，且與天然木材性能相當(dāng)。
與天然木材相比，仿生人工木材最大的優(yōu)勢(shì)在于其耐腐蝕性、隔熱和防火性能。該研究制備的仿生人工木材在水和硫酸溶液中浸泡30天，其力學(xué)強(qiáng)度均沒有衰減。與石墨烯復(fù)合的人工木材具有很好的保溫隔熱效果，最低熱導(dǎo)率可達(dá)20.8毫瓦每米每開爾文，隔熱性能遠(yuǎn)優(yōu)于商業(yè)的聚合物保溫材料，如發(fā)泡聚苯乙烯、聚氨酯泡沫等。同時(shí)由于人工木材具有很高的比強(qiáng)度(即強(qiáng)度/密度)，使得這種人工木材比其他工程材料和氣凝膠材料具有更好的實(shí)用性。
易燃是天然木材在實(shí)際應(yīng)用中面臨的最大問題，而防火阻燃是人工木材最大的優(yōu)點(diǎn)，并且通過復(fù)合無機(jī)納米材料可以進(jìn)一步提高其防火隔熱性能。該人工木材具有很好的防火性能，在火焰引燃后能夠迅速自熄滅。
專家稱，作為一種新型的仿生工程材料，其多功能性優(yōu)于傳統(tǒng)的工程材料，這類人工木材有望代替天然木材，實(shí)現(xiàn)在苛刻或極端條件下的應(yīng)用。(吳長鋒)
