眾所周知,鋒利的刀具一般由鋼或者陶瓷製成,因為它們的硬度足夠大,可以儘可能地保持住足夠小的接觸面積。那麼,如果用木材來製成刀具呢?10月20日,一篇發表在《物質》雜誌的論文顯示,一組研究團隊使用硬化木材製作了一把餐刀,其鋒利程度是鋼製餐刀的3倍。
木材主要由纖維素和木質素組成,後者充當前者的粘合劑,它也是使木材發黃的原因。纖維素是非常重要的材料,其強度密度比高於一般工程材料,比如上面提高的鋼和陶瓷,因此用它做成刀具能保持更小的接觸面積,因此能更鋒利。
但是,在普通木材中,纖維素只佔40%至50%,剩餘的部分由半纖維素和木質素組成。因此,要想把木材製作成刀具,需要對木材進行處理。第一步,就是去除木材較弱的木質素成分,但同時不去破壞原本纖維素的骨架。木材通常是堅硬的,但是在去除木質素之後,它就變得柔韌、有彈性。第二步,利用熱量和壓力對其進行熱壓處理,這一步將去除水分並使其緻密化。
工程師用高解析度顯微鏡觀察了處理過的木材的微觀結構,因為一塊材料的強度受缺陷的大小和密度所影響,這些缺陷包括空隙、凹坑等。他們可以看到,在經過處理之後,木材天然存在的缺陷被消除了。
處理過的木材已經是非常好的工程材料了,之後工程師對其進行加工雕刻成想要的形狀,然後塗上一層礦物油以延長其壽命。這是因為,纖維素往往會吸水膨脹,這就會導致材料的機械效能被破壞,而礦物油塗層能使其在使用或清洗過程中隔絕水,保持其鋒利的程度。
除此之外,他們還用這種材料製作釘子,與傳統的鋼釘一樣鋒利和僵硬,但卻不會生鏽。在演示過程中,工程師用這種釘子將三塊木板釘在了一起,釘子並未受到任何損害。
未來,科學家希望將這種木材應用在更廣闊的範圍,比如製造出更耐磨的木地板、砧板、擀麵杖等。