我们知道大多数金属具有硬度大，韧性好的特点，因此常被用来制作刀具。相信大家在家中使用的刀具也基本都是不锈钢刀，当然还有部分陶瓷材料的刀具。不过你想象过用木材来做成一把刀吗？来自美国的科学家团队就对这个问题进行了深入研究，不仅做出了这把刀，并且其锋利程度甚至能够碾压不锈钢刀，那么这位科学家是如何做到的呢？
木材
木材是一种天然的材料，在生活中木材除了被用于制作家具之外似乎并没有什么应用了，其中的一个主要原因就是木材的塑性较差，一旦形变较大，结构便会被破坏。因此木材加工方式有限，仅能进行一些切削或者雕刻。
构成木材的主要成分包括纤维素、半纤维素和木质素。其中纤维素是一种十分坚固的材料，其强度密度比率比大多数金属和合金都要高（强度与密度之比），木材中的纤维素含量一般占比50%左右，其它则由木质素和半纤维素构成。而之所以木材的可塑性较差，主要是因为木材中填充着大量的木质素。
木质素主要分布在植物细胞之间的间隙当中，植物生长过程中，木质素会不断沉降。木质素就相当于木材结构中的粘结剂，让它们形成一个坚固的整体。不过正是由于木质素的存在，使木材具有较大的塑性，不易发生形变。
对木头进行处理得到硬质木头
那么想要将木头加工成坚硬的菜刀，就要将木材中的纤维素留下来，并除去其中的木质素。最近来自美国马里兰大学的材料科学家团队也正是这么做的。他们首先将原木材浸泡在药品当中，并将其放在在溶液中煮沸一段时间，再用去离子水冲洗样本以去除残留的化学物质。随着大部分木质素的消失，这些处理过的木头变得柔软，有弹性，甚至还有点粘。
失去木质素的木材变得柔软，因此非常容易加工成其它形状，科学家们将这些处理过的材料挤干水分，之后再利用热压机将它们在进行加热加压，制造出想要的形状，研究发现得到的成型木质器件在干燥后具有超高的强度。
天然木材结构(A)与该团队处理过的木材(D)结构对比
据研究人员测量，这种木头沿木纤维方向的抗拉强度约为300MPa，抗压强度约为60MPa，分别是天然木材的6倍和2倍。另外由于木头的密度较低，因此在相同质量情况下，这种木头的机械强度比铝合金还要高，那么就意味着如果是在相同强度情况下，使用木质材料会更轻便。
处理制作的中空木质材料可直接承受汽车的重量
那么如果将它做成刀会怎么样？
研究人员同样利用除去木质素的木材为原料，在热压机的作用下进行处理，得到了一把木头菜刀。那么这把菜刀有多锋利呢？
他们对比了钢、塑料、普通木材和新方法所得硬质木材制成的刀具的锋利程度。在相同条件下对同直径的聚合物线材进行切割，结果发现利用这种硬质木头所制成的刀具切割物体时，所使用的力气是最小的，这也就说明了这种材料最为锋利。另外研究人员还利用这种木刀进行了切牛排的演示，可以看到木刀很轻松就将牛排切下了。
E：钢，F：塑料，G：普通木材，H、I：硬质木材
当然，这种方式硬化的木头不仅可以用于刀具，研究人员还将其用于制作木钉来代替钢钉，发现这种木材很容易就穿透了三层厚的木材，性能结果同样十分优异。
该研究团队的这种木材加工方法非常简单，成本低廉，该作者还表示，木刀和钉子只是这种新型木材的两个示范，未来或许能开拓出更多具有需求的领域。这些木材进行的加工，不像金属的加工过程，经常需要达到上千度的高温。这大大节约了生产过程中的能耗，生产更加低碳，在自然环境下很容易降解，不污染环境。当然目前这些研究还处于实验室阶段，或许未来再经过一系列的完善研究，这种木质材料也会逐渐改变我们的生活。
参考资料：
[1]Hardened wood as a renewable alternative to steel and plastic[J]. Matter, 2021.
[2]Lightweight, strong, moldable wood via cell wall engineering as a sustainable structural material[J]. Science, 2021, 374(6566): 465-471.
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