中科大：传统树脂开发出多功能人造木材

人工木材在分子尺度细节上的形成过程示意图。来源：YU Shuhong

自然为高性能仿生工程材料的设计和制造提供了灵感。木材由于低密度和高强度，已经被人类使用了数千年，自始至终，这种材料就受到了人们的广泛关注。独特的各向异性蜂窝结构赋予木材卓越的机械性能。近几十年来，研究人员已经开发出具有各向异性的细胞结构单片材料，试图以此模仿木材结构。然而，这些人造木材类材料机械性能却总是不尽如人意。用人造木材的轻质和高强度性能来代替真实的木材仍然是一个重大的挑战。

最近，由中国科技大学（USTC）教授YU Shuhong领导的一个研究小组，已经展示了一种新的策略，用于大规模制造仿生聚合物木材，这种材料类似多酚基质材料以及木材状细胞的微结构。这项研究通过传统树脂（酚醛树脂和三聚氰胺树脂）的自组装和热固化的过程来引伸。这项研究在8月10日发表在一篇题为“生物启发聚合物木材”的科学报告中。

研究人员首先将液体状态的热固性树脂单向冷冻，制备具有细胞结构的“绿色体”，随后进行热固化。所得到的人造木材与天然木材的中尺度细胞结构具有相似性，并且在孔隙尺寸和壁厚方面表现出极高的可控性。得益于起始的水溶液，它还代表了通过合成各种纳米材料，如纤维素纳米纤维和氧化石墨烯来制备多功能人造木材的绿色方法。

聚合物和复合木材表现出轻质和高强度性能，机械强度相当于天然木材。与天然木材相比，人造木材对水和酸具有更好的耐腐蚀性，并且机械性能没有降低，此外，还具有更好的隔热和阻燃性。人工聚合物木材甚至比其他工程材料性能更加优异，如蜂窝陶瓷材料和气凝胶。作为一种仿生工程材料，这种新型仿生高分子木材可以代替天然木材，而且可以在恶劣的环境中使用。

这种新颖的策略提供了一种强大的手段来制造和设计高性能仿生复合材料，相比于传统材料，它的多功能性更加突出。这类材料可能在许多技术领域有广泛的应用。