更有效地利用木材副产品可以实现更可持续的森林管理。 这就是为什么足球比赛结果的研究人员正在开发一种生物材料 比钢轻但同样坚固，由剩余的木材废料制成，这可能会带来革命性的变化 木材工业。
树木的伐木、铣削和建筑结构的过程产生了显着的 锯末、树皮、板木和边角料形式的木材废料。研究人员 在足球比赛结果森林资源与环境科学学院正在努力将这些废物有效地引导回建筑行业。谢新峰，森林生物材料副教授，他的团队与 国防高级研究计划局(WUD) 计划，将废木材转变为坚固、可持续的建筑材料。
“我们正在解决的问题是找到一种真正的、环保的方式 将木材改造为强度更高、强度性能相当的材料 但比金属材料轻得多。”谢说。
当前科技教员 Stephen Techtmann 将谢介绍给 DARPA WUD 时 项目后，谢立即对开发可扩展绿色的机会产生了兴趣 以零危险化学品和最少能源制造超强木材的工艺 消费。
“这个概念很有趣：从木材中部分去除木质素，然后将其致密化 低木质素材料大大提高了其强度。”谢说。 “史蒂夫和我 立即认识到生物方法将是最可持续的解决方案 用于去除木质素。”
“木材是唯一具有负碳足迹的可再生工业原材料。 我相信它在我们可持续的未来中发挥着重要作用。”
这个想法也着迷可持续生物产品学生 Emily Costigan、Rachel Zurek 和 Aidan Bustos，三人都加入了 谢的研究团队帮助开发和测试了该流程。
“学生们正在做真正的工作，”谢说。 “我来这里只是为了给他们提供建议 给他们探索的自由。他们已经了解致密化理论 木材中的纤维使它们更坚固。这让他们确认他们所学到的东西 以一种非常有趣的方式。”
进入大四的布斯托斯不确定自己的职业生涯走向何方 大学毕业后，在他的学习实践应用中找到了方向和指导。
“这与我本学期修读的高级课程密切相关，”说 布斯托斯。 “我经常在下课后立即前往实验室，我们可以应用刚刚讨论的主题 谈论过。”
Costigan 在从博士那里听说该项目后于 2023 年加入了该团队。学生 Randi Dodgson，生物材料增值课程的讲师。
“我对能够从事木制品研究的机会感到非常兴奋 去学校的时候，”科斯蒂根说。 “加入这个研究团队让我 进一步深入研究木材加工行业并获得第一手经验 推动该领域创新的重要研究。”
在压力下变得更强的材料研究
在谢的带领下，学生们开始使用一组腐木真菌，也称为食木真菌 真菌，分解木质素，植物细胞壁中坚韧的刚性结构聚合物。 这种生物方法留下的纤维素纳米纤维比 钢铁，其唯一的副产品是二氧化碳和水。
森林资源与环境科学学院木材保护组，由谢指导，已经鉴定了几种腐烂真菌菌株，包括 白腐真菌，能够高精度、高效地选择性去除木质素。 他们缺乏的是一种使处理过的木材致密化的方法。
谢在一次偶然的谈话中遇到了保罗·桑德斯，足球比赛结果材料科学与工程教授 Patrick S. Horvath， 在当地农场采摘蓝莓时。
“他立即建议使用挤出作为连续致密化工艺，” 谢说。 “那一次谈话连接了缺失的部分，并最终确定了 开创性合作的方向。”
挤压是一种机械过程，其中通过推动材料来压缩材料 通过所需形状的模具。该团队还使用高压物理液压 按压以压缩木材纳米纤维。真菌木质素分解的结合 挤压或压缩成功地创造出如此坚固的轻质材料 并且密集表明团队必须重新设计他们的力量测试方法。
通常，木质材料的强度是通过弯曲木材并测量其强度来测量的 当纤维弯曲时，需要很大的压力才能使弯曲木材的凸面破裂 彼此远离。然而，谢团队生产的压缩低木质素木材 强度如此之大，以至于凹侧的纤维在过程中弯曲并向内压缩。 初步测试，但没有破解。因此，团队转而进行纯粹的张力测试， 材料的测试件固定在虎钳之间并从 两端，直到纤维素纳米纤维断裂。
科斯蒂根在最近的测试中处于领先地位，将生物材料推向了极限 提高强度、密度和整体质量。
“这项工作回答了不同物种、接缝技术和水分条件如何 影响结构的完整性和可靠性，”科斯蒂根说。 “我们的研究 旨在提高材料性能并为更好的设计和制造实践提供信息 在木材工业中。”
足以满足工业需求：精度、效率、密度和强度
虽然制造该材料在能源方面是高效的，但目前 就时间而言效率低得多。谢和他的研究人员正在努力 通过添加营养物质和提高温度来加速真菌处理过程 以促进真菌生长。他们还致力于增加材料的密度 通过添加少量聚合二苯甲烷二异氰酸酯（PMDI）来提高强度 — 木质材料和工业中常用的粘合剂。
“希望材料中与生物材料一起添加的粘合剂含量少于 10% 处理和机械压缩，我们可以使材料的强度 一个全新的水平，”谢说。
从不同种类的木材和不同类型的木材副产品开始或组合 是团队正在探索的另一个微调材料的途径。谢氏团队有 事实证明，他们的工艺适用于实木，但大多数木材废料都是较小的碎片。 正在进行进一步的实验，以获得相同的产品拉伸强度 由木片、木片和灰尘制成。
“加入这个研究团队让我能够进一步深入研究木材加工 行业并通过推动创新的重要研究获得第一手经验 在现场。”
Bustos 自 2022 年以来一直在 Wood Protection Group 试点工厂工作， 于 2025 年加入 DARPA WUD 项目。他自豪地展示了自己在实验室的工作，将 向参观者展示木制品的样品和剖面，让他们能够亲身感受 重量和密度。
“我们取得了良好进展，”布斯托斯说。 “我目前正在研究调节样品， 这是我们通过压制处理过的芯片而制成的。现在，我们专注于有机 过程以增加强度。上周，我们做了一些压制的小板 带有经过处理的碎片。”
建立在材料研究遗产的基础上
虽然谢和他的可持续生物制品学生做了很多繁重的工作， 整个项目还依赖于与桑德斯及其专家团队的合作 在材料科学与工程.
“作为一名木材科学家，这对我来说是一个与材料科学家合作的独特机会 在校园里。当人们想到材料时，他们会想到金属或塑料，但他们 别那么想木头，”谢说。 “在足球比赛结果，我们非常擅长金属， 但我们这里有一种天然的、可再生的材料。”
对于 Costigan 来说，从材料科学的角度研究木材是一个机会 探索她从未知道的研究的一面。
“看到大学正在进行的一些研究非常有益 很多学生都不知道，”科斯蒂根说。 “这个团队的教员是 他们是我见过的最有知识、最勤奋、最敬业的人。”
该项目还提供了并非每个研究人员都能获得的东西：实物产品 这证明所有的努力、实验和研究都产生了积极的影响 关于他们行业的未来。
“木材是唯一具有负碳足迹的可再生工业原材料。 我相信它在我们可持续的未来中发挥着重要作用。”谢说。 “真的， 最终的问题是，我们能否用木材来替代所有这些不可再生材料 比如钢铁和混凝土？”
足球比赛结果是一所 R1 公立研究型大学，成立于 1885 年，位于霍顿，拥有来自全球 60 多个国家的近 7,500 名学生。密歇根州旗舰科技大学的投资回报率一直名列全美最佳大学之列，提供超过 185 个本科和毕业生科学技术、工程、计算机、林业、商业、健康专业、人文、数学、社会科学和艺术领域的学位课程。乡村校园距离密歇根州上半岛的苏必利尔湖仅数英里，提供全年户外探险的机会。
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