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人工木材在分子尺度細節(jié)上的形成過程示意圖。來源：YU Shuhong

自然為高性能仿生工程材料的設計和制造提供了靈感。木材由于低密度和高強度，已經(jīng)被人類使用了數(shù)千年，自始至終，這種材料就受到了人們的廣泛關注。獨特的各向異性蜂窩結(jié)構(gòu)賦予木材卓越的機械性能。近幾十年來，研究人員已經(jīng)開發(fā)出具有各向異性的細胞結(jié)構(gòu)單片材料，試圖以此模仿木材結(jié)構(gòu)。然而，這些人造木材類材料機械性能卻總是不盡如人意。用人造木材的輕質(zhì)和高強度性能來代替真實的木材仍然是一個重大的挑戰(zhàn)。

據(jù)報道，最近，由中國科技大學（USTC）教授YU Shuhong領導的一個研究小組，已經(jīng)展示了一種新的策略，用于大規(guī)模制造仿生聚合物木材，這種材料類似多酚基質(zhì)材料以及木材狀細胞的微結(jié)構(gòu)。這項研究通過傳統(tǒng)樹脂（酚醛樹脂和三聚氰胺樹脂）的自組裝和熱固化的過程來引伸。這項研究在8月10日發(fā)表在一篇題為“生物啟發(fā)聚合物木材”的科學報告中。

研究人員首先將液體狀態(tài)的熱固性樹脂單向冷凍，制備具有細胞結(jié)構(gòu)的“綠色體”，隨后進行熱固化。所得到的人造木材與天然木材的中尺度細胞結(jié)構(gòu)具有相似性，并且在孔隙尺寸和壁厚方面表現(xiàn)出極高的可控性。得益于起始的水溶液，它還代表了通過合成各種納米材料，如纖維素納米纖維和氧化石墨烯來制備多功能人造木材的綠色方法。

聚合物和復合木材表現(xiàn)出輕質(zhì)和高強度性能，機械強度相當于天然木材。與天然木材相比，人造木材對水和酸具有更好的耐腐蝕性，并且機械性能沒有降低，此外，還具有更好的隔熱和阻燃性。人工聚合物木材甚至比其他工程材料性能更加優(yōu)異，如蜂窩陶瓷材料和氣凝膠。作為一種仿生工程材料，這種新型仿生高分子木材可以代替天然木材，而且可以在惡劣的環(huán)境中使用。

這種新穎的策略提供了一種強大的手段來制造和設計高性能仿生復合材料，相比于傳統(tǒng)材料，它的多功能性更加突出。這類材料可能在許多技術領域有廣泛的應用。