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ku酷游官网登录入口|傻子苏玛丽完整版全文免费阅读|你见过透明木头吗?抗摔耐造韧
在科技迅猛发展的当下★◈ღ,从高精尖设备的研发★◈ღ,到对深海ku酷游官网登录入口★◈ღ、外太空等极端环境的大胆探索★◈ღ,每一项革新与突破的背后★◈ღ,都离不开新型先进材料的支撑★◈ღ!“逆天改命”新材料系列文章将聚焦那些材料中的“叛逆者”★◈ღ。它们借助科学家们的巧妙设计以及前沿技术的加持★◈ღ,彻底改写了自身的一些固有特性★◈ღ,从而打破命运的枷锁★◈ღ,以全新的姿态★◈ღ,肩负起推动人类文明迈向未来的重任★◈ღ!
提起用木头造的东西★◈ღ,大家会立刻想到什么呢?是古代的马车★◈ღ、建筑★◈ღ、弓弩……还是古朴的木制家具和实体书本?
在很多人的印象里★◈ღ,木头都是一种逐渐淡出主流视野的古老材料★◈ღ,它似乎与日益逼近的“万物智联”的时代格格不入★◈ღ。
然而★◈ღ,这个情况可能就要改变了★◈ღ。一些科学家正试图通过“魔改”木头★◈ღ,来为它“逆天改命”★◈ღ!有人让木头变得透明和坚韧★◈ღ,使其可以取代玻璃和塑料★◈ღ;另一些★◈ღ,则让它“抓住”了激光★◈ღ,制造出一种全新的照明材料★◈ღ。
你知道吗?木头曾是人类文明中泛用性最强的材料★◈ღ。在农耕★◈ღ、军事ku酷游官网登录入口★◈ღ、建筑★◈ღ、文化等领域★◈ღ,都发挥着不可替代的作用★◈ღ!小到农具九州KU酷游★◈ღ,★◈ღ、家具和书册★◈ღ,大到战车★◈ღ、宫殿★◈ღ、巨型器械……都少不了它的身影★◈ღ。
甚至于在二战时★◈ღ,大量采用木制材料制作而成的“蚊”式轻型轰炸机仍可以凭借其优良的性能★◈ღ,与同时代的诸多“金属对手”较量★◈ღ。
二战时的木制“蚊式”轰炸机★◈ღ,因为性能优良被誉为“木头奇迹”(图片来源★◈ღ:维基媒体 Chris Woodrich)
然而后来★◈ღ,随着越来越多高分子材料的“崛起”★◈ღ,木头逐渐“失宠”★◈ღ。与此同时★◈ღ,一些被广泛应用的现代材料★◈ღ,其实也存在不少缺点ku酷游官网登录入口★◈ღ。
比如★◈ღ,玻璃虽然透光性好★◈ღ、耐磨★◈ღ、化学性质稳定★◈ღ,但其抗冲击能力较弱★◈ღ,一旦碎裂还可能带来安全隐患★◈ღ。
经过强化的“钢化玻璃”或“防弹玻璃”则要么因其在结构上的缺陷★◈ღ,而存在“自爆”风险傻子苏玛丽完整版全文免费阅读★◈ღ,要么成本过高★◈ღ、重量过大……所以相关领域的研究人员一直希望能找到性能更优的替代材料★◈ღ。
直到大约30年前★◈ღ,一位德国的植物学家在研究木头的内部结构时ku酷游官网登录入口★◈ღ,意外造出了“透明木材”★◈ღ。此后★◈ღ,来自中国林科院木材工业研究所★◈ღ、瑞典皇家理工学院以及美国马里兰大学的研究团队★◈ღ,则是通过“实打实”的改造★◈ღ,让这种新材料逐渐走向了应用舞台★◈ღ。
木头是由无数个微小的中空管道(细胞)组成的★◈ღ,像一把紧紧捆绑在一起的吸管★◈ღ。而将这些“吸管”粘合在一起★◈ღ,并赋予木头棕褐色泽的★◈ღ,是一种叫做木质素(lignin)的物质★◈ღ。
为了让木头变透明★◈ღ,研究人员采用了一种两步走的“改造手术”★◈ღ。首先★◈ღ,他们要为木头去除“色素”★◈ღ。具体的做法是★◈ღ,通过化学漂白或直接移除的方式★◈ღ,把木质素这个“色素胶水”给处理掉★◈ღ。
研究人员用氢氧化钠等化学品对木材进行初步处理(图片来源★◈ღ:Advanced Materials)
完成这一步后★◈ღ,木头会变成一个乳白色的★◈ღ、由中空细胞构成的“骨架”★◈ღ。在这之后★◈ღ,研究人员需要向其中填充“透明胶”★◈ღ。
被移除了木质素的木头骨架依然是不透明的★◈ღ,因为它内部中空的细胞内充满了空气★◈ღ。光线在穿过细胞壁和空气时★◈ღ,会因为“折射率”的不同而发生散射★◈ღ,所以我们看到的会是一片模糊的白色★◈ღ。
为了解决这个问题★◈ღ,研究人员会向这个骨架中★◈ღ,注入一种特殊的环氧树脂★◈ღ。这种树脂的折射率★◈ღ,与木头细胞壁的折射率几乎相同★◈ღ。当它填满了所有的中空管道★◈ღ,光线就能相对顺畅地穿过木头★◈ღ,从而让木头奇迹般地透明起来★◈ღ!
为了让成品“透明木头”的透光率足够高★◈ღ,它的厚度必须足够薄傻子苏玛丽完整版全文免费阅读★◈ღ,通常不到1毫米★◈ღ,也有团队因为应用方面的需要★◈ღ,在尝试制作接近厘米级的成品★◈ღ。
尽管厚度有限★◈ღ,但木头中由细胞所形成的坚固蜂窝结构依然可以保证足够的强度★◈ღ!不要小看这种微小的木纤维九州酷游官网★◈ღ,它的强度甚至可以与最优质的碳纤维媲美★◈ღ。
研究人员表示★◈ღ,加上树脂后★◈ღ,透明木材在诸多性能指标上超过了塑料和玻璃★◈ღ,它坚韧无比★◈ღ,难以被摔碎★◈ღ,在抗压★◈ღ、抗冲击等的性能测试中★◈ღ,透明木材比透明塑料(如有机玻璃)强约三倍★◈ღ,其韧性比玻璃高约十倍★◈ღ。
“透明玻璃”若被造得太厚★◈ღ,则可能导致在其中散射的光线过多★◈ღ,从而影响整体透光率★◈ღ。此外★◈ღ,如果填充材料的光折射率与细胞壁的匹配度不够新式建筑材料★◈ღ。★◈ღ,也会对透光造成负面影响★◈ღ。
中国林科院木材工业研究所的唐启恒团队于是不再寻求去消除“魔改木头”中的“雾”★◈ღ。相反ku酷游官网登录入口★◈ღ,他们要想办法加强它★◈ღ,利用它★◈ღ!
团队经过对比★◈ღ,选取了细胞壁薄★◈ღ、孔隙大的轻木作为基础材料★◈ღ,并将其加工为圆球★◈ღ,使其可以自然★◈ღ、均匀地向四面八方散射光线★◈ღ。
接着★◈ღ,研究人员将木球置于亚氯酸钠溶液中★◈ღ,在90°C下蒸煮48小时★◈ღ,去除了木质素★◈ღ,只留下一个由纤维素框架构成的白色★◈ღ、多孔的“三维骨架”★◈ღ。
最后★◈ღ,研究人员对其进行了深度净化与溶剂置换傻子苏玛丽完整版全文免费阅读★◈ღ,在除去先前步骤所留下的化学残留后傻子苏玛丽完整版全文免费阅读★◈ღ,利用有机溶剂(如乙醇)置换出了木材微孔中的水分★◈ღ。直到木球完全干净后★◈ღ,他们又利用真空箱抽真空★◈ღ,让光学透明的环氧树脂充分渗入木材的每一个纳米级孔隙★◈ღ,然后通过紫外线或加热使树脂固化★◈ღ!
最终的成品★◈ღ,直接使雾度提升至 90% 以上★◈ღ。用激光照射时★◈ღ,光线会被木头内部的无数纤维反复散射★◈ღ,使整个木球成为了一个明亮且能均匀发光的“灯泡”★◈ღ。
它不需要借助荧光粉来进行“光转换”★◈ღ,在理论上★◈ღ,能量损耗会更小ku酷游平台★◈ღ,也比LED更高效★◈ღ。未来可能被应用在科研探索★◈ღ、国防照明等领域★◈ღ。
透明木材并不仅仅是简单的“玻璃替代品”★◈ღ,研究人员看重其高强度★◈ღ、高韧性★◈ღ、隔热性良好的特点★◈ღ,正在积极拓展透明木头的应用前景★◈ღ。
首先★◈ღ,在如今这个智能设备无处不在的时代★◈ღ,这种材料很适合被用在触摸屏上★◈ღ。事实上已经有商业公司在开发用于汽车仪表盘★◈ღ、广告牌等产品的触摸感应式木质屏幕了★◈ღ。
其次★◈ღ,在建筑装饰领域★◈ღ,比如天花板★◈ღ、智能窗等的制造中★◈ღ,半透明的木材也是一种极为理想的材料★◈ღ。它可以让建筑内的光线变得柔和★◈ღ、均匀★◈ღ。
通过植入在通电后会变色的“电致变色聚合物”★◈ღ,研究人员还可以实现对透明木头透光性的智能控制★◈ღ。而若是向其中植入“相变材料”(通过固液转换来储存和释放热量的材料)★◈ღ,则可以令这种透明木头在天热时吸收热量★◈ღ,天冷时再释放出来★◈ღ,实现对室内环境的“温度调控”★◈ღ。
最后★◈ღ,也有一部分研究人员试图利用从柠檬皮傻子苏玛丽完整版全文免费阅读★◈ღ、橙皮里提取出的成分来合成生物基聚合物ku酷游官网登录入口★◈ღ,用以取代石油基树脂★◈ღ,造出更环保的透明木头★◈ღ。
经过来自世界多国研究者们的不懈努力★◈ღ,木头这种古老的材料似乎正走出“冷宫”★◈ღ,焕发新生★◈ღ,并有望重新融入未来的智能化生活★◈ღ。它可能会被应用于更耐摔的手机屏幕★◈ღ、更节能的控温建材★◈ღ、比LED更高效的新型光源……
现代科技的发展似乎总呈现“螺旋式”的循环★◈ღ,那些曾被“边缘化”的昔日主流材料★◈ღ,终将在黑科技的加持下★◈ღ,以一种更惊艳的姿态重新归来★◈ღ!
你期待这些“魔改木头”走入日常生活吗?你小时候有过哪些珍爱的木质物件?你或你的长辈们又是否对木制家具★◈ღ,有着特殊的情怀与青睐呢?
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