What is it about?
材料科学家不断从大自然中找寻灵感，仿造生物体的结构来合成高效能的新材料。中国科学家就从木材得到灵感，研发出一种比木材强韧，且具有防火和防水特性的人造材料。这种人造仿生木材未来有望取代天然木材，并应用于工程领域。 天然木材虽然很轻，却具有非常高的强度，这主要是来自木材内部的特殊结构。其独特的分层细胞结构及由木质素（lignin）、半纤维素（hemicellulose）形成的网络，再加上方向一致的纤维素丝，使得木材具有无与伦比的强度。另外，由于材料取得容易，成本较低，材料学家纷纷模仿木材内部结构，来创造出高强度材料。不过，木材虽然拥有高强度，却不耐水也不耐火。另外，传统上作为仿生木材基材的陶瓷材料不具有高强度又易碎，且热处理温度极高，通常要烧到摄氏1500 度以上才能烧结成一体。
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Why is it important?
与天然木材相比，仿生人工木材最大的优势在于其耐腐蚀性、隔热和防火性能。在该项研究中，由于选用热固树脂材料作为基体材料，所制备的仿生人工木材具有很好的防水、耐酸腐蚀的特点，在水和硫酸溶液中浸泡30天，其力学强度均没有衰减。得益于其取向孔道结构和孔壁中复合的纳米材料，与石墨烯复合的人工木材具有很好的径向（垂直于孔道方向）隔热效果，最低热导率可达20.8 mW/mK（毫瓦每米每开尔文）。考虑到人工木材的高比强度（压缩强度/密度），这种人工木材比其他工程材料和气凝胶材料具有更好的实用性。 易燃性是天然木材在实际应用中面临的最大问题，而防火阻燃则是人工木材最大的优点，而且通过复合不同的纳米材料可以进一步提高其防火隔热性能。这种人工木材具有很好的防火性能，在火焰引燃后能够迅速自熄灭，而这正是天然木材无法克服的缺点（图3）。
Perspectives
作为一种新型的仿生工程材料，其多功能性优于传统的工程材料，这类人工木材有望代替天然木材，实现在苛刻或极端条件下的应用。此外，这种合成方法为制备和加工一系列高性能仿生工程材料提供了新的思路，其功能的可设计性等优点将有助于拓宽该方法和制备的材料在多种技术领域中的应用。
Research Associate Zhi-Yuan Ma (马致远)
Yongjiang Laboratory
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This page is a summary of: Bioinspired polymeric woods, Science Advances, August 2018, American Association for the Advancement of Science,
DOI: 10.1126/sciadv.aat7223.
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