[網頁] 最新「加工法」讓木材硬度堪比金屬

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沒看過打不壞的木製球棒？最新「加工法」讓木材硬度堪比金屬！

Rock Sun ・2021/11/19 ・2152字 ・閱讀時間約 4 分鐘

如果今天你想要好好的切食物，該用什麼樣的刀呢？

大家馬上想到的，應該不外乎就是金屬或是陶瓷吧？自古以來要製作工具，這兩個材料一

定是首選，直到當代貪圖方便而使用的塑膠刀叉之外，好像想找不太到其他更好的替代方

案了。

但是最近，有一群研究人員打破了大眾的想法和材料科學的界線——用木頭製作的刀來取

代金屬。

10 月 20 號，這一群來自馬里蘭大學的材料科學家們在期刊《Matter》上發表了一種全

新的加工方法，可以把跟木材大幅強化，製作成餐刀等工具。這把刀的硬度不只跟一般的

牛排刀不相上下，可以輕鬆地切開 8 分熟的牛排，還可以多次使用、洗滌、有效的回收

再利用，整個產品製造過程的能源消耗也比金屬或陶瓷低非常的多，有望在未來取代這類

餐具。

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經過最新加工方法製成的木材，所製作出的餐刀可比不鏽鋼材質的更加鋒利。圖／

Pixabay

比金屬和陶瓷更環保的選擇：木材

當你環顧生活周遭需要以「堅硬」為訴求的材料，你會發現它們大部分都是人造或經過加

工的，因為想製作堅硬的物品，最怕的就是整個物理結構上有裂痕、中空或缺口等等瑕疵

，只要有以上任何一種，工具的耐久度就無法維持多久，然而天然材料通常都有這種缺陷

，例如木頭內部會有中空導管，石頭內則會有導致它容易剝落或裂開的天然紋理。

所以物質多半都都需要經過高溫冶煉才能夠成為堅硬的材料，例如光是製造陶瓷，就需要

將陶土加熱到幾千度的高溫，而在這個講求環保的時代，有時候又要考慮產品的碳足跡…

…不用說，從地球土壤中開採鐵礦和陶土所耗費的能源，絕對與使用天然材質相對多很多

。

所以這群研究人員把腦筋動到了陪伴原始人類到現在、樸實無華的木頭身上，他們覺得人

類還沒發揮木頭 100% 的能力。

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一般的木材在結構上有裂痕、中空或缺口等等瑕疵，無法加工成非常堅硬的工具。圖／

Pixabay

請給我木材！人類尚未 100% 發揮它

好幾千年來，人類就不斷地想在木頭身上動手腳，但是在工具和建築上，木頭的加工通常

只限於蒸氣曲木和壓縮法，用這種方法處理的木頭都會有個問題，在一段時間過後，木頭

本身會有些許的回彈（定型）。

要知道為什麼就得先了解木頭！

木頭最主要的成分是纖維素，雖然平常可能無感，但纖維素其實有相當高的強度與密度比

，表面上看起來是一個輕量又堅固的超理想材質，只看數字的話，甚至凌駕於大部分的高

密度建築材料如水泥、金屬等等。但是我們目前加工木頭的方式，都無法把木材的材料潛

力發揮到極致，部分是因為纖維素其實只佔了木材的 50%，除此之外還包含半纖維素、木

質素等物質，這些聚合物主要是作為介質，而非提供強度，但如果將這些東西去除掉，整

個木頭結構會變得容易崩壞。

所以研究團隊找到了方法，移除木頭內比較脆弱的物質，但是仍保留纖維素的結構，這個

技術可以把原本木材的硬度整整強化 23 倍，並打造出比不銹鋼刀還鋒利 3 倍的餐刀。

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蒸氣曲木加工法，將木材放在充滿蒸氣的箱子內彎曲，能加工出優美的弧線。圖／

WIKIPEDIA

兩步驟加工：讓「普通木材」變「超硬木材」

第一步是將木頭浸泡在添加了特定化學物質的水中，並加熱到攝氏 100 度，以去除部分

木質素。失去木質素的木材會變得較為柔軟、具有彈性甚至還會黏稠；以往的木材加工通

常不會將這個方法用在木材上，除了如上述提到的結構問題外，還會有使用溶劑的毒性問

題，但研究人員研發出了毒性較低、還能重複使用的溶劑。

第二步是對木頭進行高溫加壓，去除水分並讓其材質更為緻密，確保不會有結構上的缺陷

，連樹木中原本被導管佔用的空間都能夠去除。

藉由這兩個步驟，他們有辦法去除木頭原本的結構問題，而經過這樣處理後的木頭還可以

裁切成想要的形狀，然後再塗抹礦物油延長壽命、也隔絕水分讓纖維素不要再吸水，以免

洗滌餐具降低刀子的鋒利程度。

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將木材加工為「超硬木材」的實驗步驟。圖／參考資料 1

木材應用百百種！「五金材料」的新未來？

同樣的手法可以用來製作其他工具，例如和金屬釘子一樣堅硬的木頭釘子，一樣可以釘穿

 3 塊木板，但是好處是木頭釘子不會有生鏽的問題，除了釘子之外，還有很多東西可以

用這種木頭材質製作，例如更耐用的木頭地板。

儘管目前這個技術的使用還只是存在於實驗室環境中，但是不可否認的是，我們還沒有發

揮木頭百分之百的實力，只要這個技術成熟，加上樹木可以種植並回收的特性，在未來每

個人都可以分配到的超級強化木材資源或許可以凌駕於金屬，或只是打造出打不壞的木製

球棒、堅不可摧的小木屋、輕量化的木頭汽車和飛機、或者是一把堪比鋼刀的超強木刀。

阿銀，你的木刀原來是這麼來的啊 ？

參考資料

2021，《Hardened wood as a renewable alternative to steel and plastic》