科學家揭示木材制成彈性材料的結構基礎

　　近日，中國林科院木材工業研究所木材超分子材料聯合實驗室揭示了木基彈性材料的結構起源，為木材在智能家居、壓電傳感、環境凈化、能量存儲等多個領域的創新應用提供了理論基礎。研究成果在國際材料領域綜述期刊《材料科學進展》（Progress in Materials Science）上發表。

　　天然木材本身具有一定的彈性，但受其彈性極限范圍較小的限制，不能滿足作為彈性材料的應用需求。近年來，研究者通過對木材化學組分和細胞壁結構的調控，開發了木彈簧、木基彈性氣凝膠、木海綿等各類彈性新材料，大大增強了木材的壓縮回彈性，但木基彈性材料的壓縮回彈性與木材的多層級結構的構效關系尚不明確。

　　該研究認為，分子層面，木材的彈性變形主要表現為分子鏈在外力作用下的拉伸或滑動，而不是化學鍵的斷裂；木材細胞壁中主要成分的含量以及它們之間與水分子的氫鍵網絡是影響木材彈性的主要因素。

　　而在細胞層面，木材次生細胞壁各層（S1、S2、S3）的厚度和微纖絲角被認為是控制細胞層面木材彈性的關鍵因素，其中次生壁S2層主要影響木材的縱向彈性特性，而S1層和S3層則影響木材橫向彈性特性。

　　宏觀層面，木材密度、各類細胞的排列方式以及木材天然多尺度孔隙結構是影響木材彈性的主要因素；木材的天然多尺度孔隙結構經過調控后形成的層狀、蜂窩狀、管狀和葉片彈簧結構，賦予木基材料卓越的壓縮回彈性。

　　這項研究成果為我國木材工業的轉型升級提供了重要支撐，推動傳統產業向高技術、高附加值方向發展，為木材工業新質生產力的發展注入新動力。

　　研究得到了國家自然科學基金優青項目、海外優青項目，中國林科院海外高端科技創新人才引進項目的資助。