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中科大俞书宏Sci. Adv.: 人工木材-从传统工程材料到仿生工程材料

中科大俞书宏Sci. Adv.: 人工木材-从传统工程材料到仿生工程材料

第一作者:于志龙、杨宁

通讯作者:俞书宏

通讯单位:中国科学技术大学

研究背景:

天然木材的独特取向孔道结构赋予了其轻质高强的特点,有关仿木头结构的研究是国际上仿生材料研究领域的热点之一。然而,传统的仿木头结构材料仅仅是徒有其型,虽然以往的研究实现了取向孔道结构的模仿,但其力学性能远不能令人满意。例如,目前开发的陶瓷基仿木头结构材料,不仅密度高、强度低、缺陷多,而且制备过程需要高温烧结(通常>1500 ⁰C)。因此,如何制备真正具有轻质高强特点的仿木材结构材料是仿生材料研究领域面临的挑战。

本文亮点:

    针对这一难题,中国科学技术大学俞书宏教授领导的团队发展了一种冰晶诱导自组装和热固化相结合的新技术,以传统的商业树脂(酚醛树脂和密胺树脂)为基体材料,成功研制了一系列具有类似天然木材取向孔道结构的新型仿生人工木材,将传统的树脂材料开发成高附加值的仿生工程材料。这种仿生人工木材不仅具有非常类似木材的取向孔道结构,而且表现出轻质高强、耐腐蚀、防火隔热等优点,综合性能优异。

图文解析

中科大俞书宏Sci. Adv.: 人工木材-从传统工程材料到仿生工程材料

1.基于取向冷冻技术的传统树脂(酚醛树脂和密胺树脂)基仿生人工木材的制备过程、结构示意图和一系列仿生木材。

中科大俞书宏Sci. Adv.: 人工木材-从传统工程材料到仿生工程材料

2.天然巴尔杉木和人工木头的结构对比扫描电镜(SEM)照片。

中科大俞书宏Sci. Adv.: 人工木材-从传统工程材料到仿生工程材料

3.人工木头的力学性能表征与结构失效机理。

中科大俞书宏Sci. Adv.: 人工木材-从传统工程材料到仿生工程材料

4.人工木材的耐腐蚀和隔热性能。

中科大俞书宏Sci. Adv.: 人工木材-从传统工程材料到仿生工程材料

5.人工木材的防火性能和巴尔杉木的易燃性对比。(aCMF人工木材,(bCPF人工木材,(cCPF/GO复合木材,(d)巴尔杉木。

一句话总结:仿生人工木材具有更优异的综合性能,苛刻或极端条件下有望代替天然木材。

俞书宏教授课题组官网:

http://staff.ustc.edu.cn/~yulab/

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