牛！“木头大王”胡良兵发完Nature，又登Science封面！

昨日，胡良兵等人的关于用Cu离子配位使得纤维素成为固体电解质的工作登上了Nature，不禁让人惊叹，胡老师将其两大王牌方向，木头和固态电解质，如此巧妙地结合了起来！

而今天，胡良兵又有成果登上了Science，还是基于木头的工作，而且是这期的封面，实在是太厉害了，不愧是“木头大王”！

材料的形状与其内在特性同样重要。例如，结构组件必须由材料制成，这些材料可以在不牺牲机械强度的特殊情况下进行物理形成以满足特定需求。此外，同样轻质的材料对基于车辆的应用（如汽车、火车和飞机）特别有价值，因为减重措施可能是提高燃油效率的最直接方式。出于这些原因，聚合物和一些金属，如铝，用于机械支撑，因为它们具有低密度和可由挤压、铸造和注塑等不同方式加工成不同形状和尺寸的轻质结构组件的特点。然而，需要开发更可持续的材料，以降低石化塑料的环境成本和金属的能源成本。

木材是取代其中一些轻质结构材料的潜在候选材料之一，特别是考虑到其作为可再生资源的优势。木材产品可以通过取代碳密集型化石燃料材料以及提供扩展碳储存来帮助缓解气候变化。木材在机械上也坚固、重量轻，并可能成本低。事实证明，各种方法可以改善木材的特性和功能，用于更广泛的应用，包括去木质化、致密化和其他方式（例如热处理、有机或无机盐浸渍等）。尽管如此，与金属和塑料相比，它的成形性通常很差，这使得将其加工成复杂形状变得困难。

马里兰大学胡良兵等人在Science上发表最新成果，Lightweight, strong, moldable wood via cell wallengineering as a sustainable structural material。

作者报告了一种自上而下的方法，首先使用一种常见的水基的去木质素工艺从贝斯伍德木质纤维细胞壁上去除约55%的木质素和约67%的半纤维素。由于剩余的细胞壁吸收水分，部分和选择性地去除这种疏水成分会导致木材样品变软和温和膨胀，具有较高比例的亲水纤维素。因此，部分去火木材的含水量约为30%。然后，在环境条件下将木材风干约30小时，以除水并形成收缩木材。接下来，将缩小的木材浸泡在水中3分钟，称之为水冲击过程，该过程部分重新膨胀细胞壁，并导致产物中的样本尺寸有所扩展，作者称之为可塑木材。

通过这种方法，木材可以加工成各种形状，同时大幅提高其机械强度。主要概念基于部分去木质素和软化天然木材，然后通过干燥缩小容器和纤维，然后水浸泡，有选择地打开通道（图1A）。这种快速的水冲击过程形成了一个独特的部分开放、起皱的细胞壁结构，为压缩提供了空间，并具有支持高应变的能力，使材料易于折叠和成型。然后，这种可塑木材可以实现的不同形状和结构可以通过空气干燥来去除剩余的水，形成最终的3D成型木材产品（图1B）。由此产生的3D成型木材比起始木材坚固六倍，并与铝合金等广泛使用的轻质材料相当。

该过程将木材从传统的平面结构扩展到具有更大通用性的复杂3D设计和组件。操纵木材的天然各向异性结构，展现出可替代聚合物、金属和聚合物复合材料在某些应用上的潜力。

图文详情

牛！“木头大王”胡良兵发完Nature，又登Science封面！

图1. 通过部分脱木质素与“水冲击”过程相结合的“起皱细胞壁”工程策略，使木材更坚固和可塑

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图2. 天然木材、皱缩木材和模压木材的微观结构

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图3. 使用细胞壁工程工艺将3D模压木材制作成各种形状

图4. 3D模压木材的机械性能和LCA，用于坚固、轻量化的结构设计

文献信息

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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