天然木材因其獨特的定向孔隙結構而具有重量輕、強度高的特點，木材結構的研究是仿生材料研究領域倍受關注的研究領域之一。然而，傳統(tǒng)的木質結構材料“流于形式”，雖然之前的研究已經實現(xiàn)了定向孔結構的模仿，但其力學性能卻遠遠不能令人滿意。例如，目前正在開發(fā)的陶瓷基木結構材料密度高、強度低、缺陷多，且在制造過程中需要高溫燒結（通常為1500）。因此，如何制備真正輕質高強的木質結構材料是仿生材料研究領域面臨的挑戰(zhàn)。

近日，中國科學技術大學于書紅教授領導的科研團隊以傳統(tǒng)酚醛樹脂和三聚氰胺樹脂為基體材料，開發(fā)出一種將冰晶自組裝與熱固相結合的新技術。開發(fā)了一系列具有相似自然特性的產品，一種具有木材導向孔隙結構的新型仿生工程木材。該仿生人造木系列具有重量輕、強度高、耐腐蝕、隔熱、防火等優(yōu)點。 8月10日，相關研究成果以《Bioinspired Polymer woods》為題發(fā)表在《科學進展》，并以《This Synthesis wood is just as well as Strong as the real thing and does not burn.》為題發(fā)表在《Science News》上，我做到了。該論文的共同第一作者為博士后研究員于志龍和碩士生楊寧。

研究人員開發(fā)了一系列基于樹脂的仿生工程木材，其具有類似于天然木材的定向孔隙結構，可以很好地控制壁厚和孔徑（圖1）。該方法可將多種納米材料復合制備多功能復合人造木材，簡單高效，易于規(guī)�；�生產。具有這種定向孔隙結構的人造木材具有優(yōu)異的力學性能，其壓縮屈服強度優(yōu)于各種模仿木材結構而開發(fā)的陶瓷材料，與天然木材相當，性能（圖2）。

仿生工程木材與天然木材相比最大的優(yōu)點是耐腐蝕、絕緣和防火。新打造的仿生人造木由于選用熱固性樹脂材料作為基體材料，具有優(yōu)異的防水性和耐酸腐蝕性能，即使在水和硫酸溶液中浸泡30天，機械強度也沒有下降。由于孔壁內的定向孔結構和復合納米材料，石墨烯復合工程木材的最低導熱系數(shù)高達20.8 mW/mK（毫瓦/米/開爾文）。考慮到工程木材比強度（抗壓強度和密度）高，與其他工程材料和氣凝膠材料相比，具有優(yōu)越的實用性。

天然木材在實際應用中最大的挑戰(zhàn)是可燃性，但工程木材最大的優(yōu)點是耐火和阻燃，并且可以通過共混不同的納米材料來進一步提高耐火和隔熱性能。這種人造木材具有優(yōu)異的耐火性，但缺點是著火后會很快自熄（圖3）。

作為一種新型仿生工程材料，它比傳統(tǒng)工程材料用途更加廣泛，有望在惡劣條件下作為天然木材的替代品使用。此外，該合成方法為一系列高性能仿生工程材料的生產加工帶來了新的思路，其功能可設計性等優(yōu)勢使得該方法及所生產的材料應用于各個技術領域成為可能。擴大。

該研究工作得到了國家自然科學基金委創(chuàng)新研究群體、國家自然科學基金重大專項、國家重點科學研究計劃、中科院前沿科學重點研究項目的支持，還有中國科學院。我是。合肥大科學的資助來自科學納米科學卓越創(chuàng)新中心、蘇州納米技術協(xié)同創(chuàng)新中心以及該中心的用戶卓越基金。

圖1.工程木材制造過程示意圖。 (A) 樹脂聚合物混合溶液；(B) 定向冷凍干燥后具有定向孔結構的聚合物干膠；(C) 固化的樹脂基仿生木；(D) 酚醛樹脂基（上）和致密實光胺樹脂底座（底部）仿生木

圖2. 仿生工程木材的照片、結構和機械性能。 (A)酚醛樹脂基工程木材和微觀結構，(B)三聚氰胺樹脂基工程木材和微觀結構，以及(C)工程木材和其他工程材料的機械性能比較。

圖3 人造木材的耐火性與禿杉木的可燃性比較。 (a) CMF 工程木材；(b) CPF 工程木材；(c) CPF/GO 復合木材；(d) 禿杉木。