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硬化木刀“快”过钢刃,人类工具库再添利器

美国研究人员通过硬化木材,使木刀的强度提高了23倍,其锋利程度接近不锈钢餐刀的3倍。

硬化木刀可以轻松切开牛排。

锋利的刀具要么是钢制的,要么是陶瓷材料的。这两种材质都是人造材料,必须在熔炉的极端高温下锻造。当地时间10月20日,《物质》杂志发文称,美国马里兰大学材料科学家Teng Li领导的团队开发出了一种更具可持续性的利刃打造方法。他们通过硬化处理将木材硬度提高了23倍,用这种硬化木料制成的刀具的锋利程度接近不锈钢餐刀的3倍。

人类加工木材的历史已达几个世纪之久。然而,木材在用于家具或建材时,只经过了简单的蒸汽和压缩处理,成型后会出现一定反弹。Li说:“环顾四周,你会发现日常生活中使用的大部分硬质材料都是人造材料,因为天然材料可能无法满足我们的需求。纤维素是木材的主要成分之一,它的强度和密度比大多数工程材料都高,现有木材仅包含40%~50%的纤维素,其余为半纤维素和木质素。”

Li团队希望在不破坏纤维素骨架的前提下,去除木材中较弱的成分,达到使木材硬化的目的。Li说:“这是一个两步处理过程。在第一步中,我们部分脱除了木材的木质素。去除木质素后,木材变得柔软、有弹性。在第二步中,我们采用热压法处理木材,使其脱水并变得致密。”在将木材加工成所需形状后,研究人员在其表面涂上了矿物油,以延长其使用寿命(纤维素极易吸收水分,油性涂层可以在使用过程中及清洗时维持木刀的锋利度)。

随后,研究人员使用高分辨率显微镜查看了硬化木材的微观结构,试图确定其强度来源。Li说:“材料强度对缺陷尺寸和密度非常敏感。我们的处理过程显著减少了天然木材的缺陷。”

研究人员指出,硬化木材的策略可能比生产人造材料更加节能、环保。例如,在第一步处理过程中,工程师们只需要在100摄氏度的化学溶液中煮沸木材,而且化学溶液是可重复使用的。相比之下,制造陶瓷的过程需涉及几千摄氏度的高温。

Li总结:“硬化木刀能够轻松地切开半熟牛排,其性能可与餐刀媲美。木刀可在经过清洗后重复使用,是替代钢刀、陶瓷刀和一次性塑料刀的潜在工具。”他还展示了用硬化木料制造坚固木钉的方法。与钢钉相比,硬化木钉具备出色的防锈性能。研究人员表示,这种木钉可以钉穿三块木板而不会损坏。

科界原创

编译:德克斯特

审稿:西莫 责编:陈之涵

期刊来源:《物质》

期刊编号:2590-2393

原文链接:https://phys.org/news/2021-10-hardened-wooden-knives-slice-steak.html

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