用硬化木材制造的木刀,其锋利程度是钢刀的3倍
众所周知,锋利的刀具一般由钢或者陶瓷制成,因为它们的硬度足够大,可以尽可能地保持住足够小的接触面积。那么,如果用木材来制成刀具呢?10月20日,一篇发表在《物质》杂志的论文显示,一组研究团队使用硬化木材制作了一把餐刀,其锋利程度是钢制餐刀的3倍。
木材主要由纤维素和木质素组成,后者充当前者的粘合剂,它也是使木材发黄的原因。纤维素是非常重要的材料,其强度密度比高于一般工程材料,比如上面提高的钢和陶瓷,因此用它做成刀具能保持更小的接触面积,因此能更锋利。
但是,在普通木材中,纤维素只占40%至50%,剩余的部分由半纤维素和木质素组成。因此,要想把木材制作成刀具,需要对木材进行处理。第一步,就是去除木材较弱的木质素成分,但同时不去破坏原本纤维素的骨架。木材通常是坚硬的,但是在去除木质素之后,它就变得柔韧、有弹性。第二步,利用热量和压力对其进行热压处理,这一步将去除水分并使其致密化。
工程师用高分辨率显微镜观察了处理过的木材的微观结构,因为一块材料的强度受缺陷的大小和密度所影响,这些缺陷包括空隙、凹坑等。他们可以看到,在经过处理之后,木材天然存在的缺陷被消除了。
处理过的木材已经是非常好的工程材料了,之后工程师对其进行加工雕刻成想要的形状,然后涂上一层矿物油以延长其寿命。这是因为,纤维素往往会吸水膨胀,这就会导致材料的机械性能被破坏,而矿物油涂层能使其在使用或清洗过程中隔绝水,保持其锋利的程度。
除此之外,他们还用这种材料制作钉子,与传统的钢钉一样锋利和僵硬,但却不会生锈。在演示过程中,工程师用这种钉子将三块木板钉在了一起,钉子并未受到任何损害。
未来,科学家希望将这种木材应用在更广阔的范围,比如制造出更耐磨的木地板、砧板、擀面杖等。
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