科学家揭示木材制成弹性材料的结构基础

近日，中国林科院木材工业研究所木材超分子材料联合实验室揭示了木基弹性材料的结构起源，为木材在智能家居、压电传感、环境净化、能量存储等多个领域的创新应用提供了理论基础。研究成果在国际材料领域综述期刊《材料科学进展》（Progress in Materials Science）上发表。

天然木材本身具有一定的弹性，但受其弹性极限范围较小的限制，不能满足作为弹性材料的应用需求。近年来，研究者通过对木材化学组分和细胞壁结构的调控，开发了木弹簧、木基弹性气凝胶、木海绵等各类弹性新材料，大大增强了木材的压缩回弹性，但木基弹性材料的压缩回弹性与木材的多层级结构的构效关系尚不明确。

该研究认为，分子层面，木材的弹性变形主要表现为分子链在外力作用下的拉伸或滑动，而不是化学键的断裂；木材细胞壁中主要成分的含量以及它们之间与水分子的氢键网络是影响木材弹性的主要因素。

而在细胞层面，木材次生细胞壁各层（S1、S2、S3）的厚度和微纤丝角被认为是控制细胞层面木材弹性的关键因素，其中次生壁S2层主要影响木材的纵向弹性特性，而S1层和S3层则影响木材横向弹性特性。

宏观层面，木材密度、各类细胞的排列方式以及木材天然多尺度孔隙结构是影响木材弹性的主要因素；木材的天然多尺度孔隙结构经过调控后形成的层状、蜂窝状、管状和叶片弹簧结构，赋予木基材料卓越的压缩回弹性。

这项研究成果为我国木材工业的转型升级提供了重要支撑，推动传统产业向高技术、高附加值方向发展，为木材工业新质生产力的发展注入新动力。

研究得到了国家自然科学基金优青项目、海外优青项目，中国林科院海外高端科技创新人才引进项目的资助。

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