嘿，大家好！今天一起来了解木材化学处理的新技术——自流动工艺——《Bioinspired self-flowing wood chemical treatment》发表于《nature communications》。你可能会问，这和咱日常生活有啥关系呢？其实啊，木材在建筑、家具等好多领域都不可或缺，但传统处理方法有不少问题，而这个自流动工艺就像是一把神奇的钥匙，开启了木材处理的新大门哦！
*本文只做阅读笔记分享*
一、木材处理的传统困境
在深入了解自流动工艺之前，咱得先看看传统木材处理方法的那些麻烦事儿。比如说，现在常用的高压浸渍法，虽然能把防腐剂等化学药剂注入木材，但处理效果很不均匀。就像下面这张图，浸渍法处理后的木材，外层和内层结构差异明显，外层有孔结构，内层孔少且细胞壁厚，这会严重影响木材性能。而且，像超临界流体处理法，虽然化学渗透均匀，但成本高、效率低，商业化太难啦，普通企业根本用不起。
二、自流动工艺的神奇原理
接下来，自流动工艺！它的灵感来源于树木自身的液体运输系统哦。大家看，在树木生长过程中，自然的导管和纤维利用毛细管作用，把水从根部吸上来，再加上根压和蒸腾拉力，让水在树里循环。自流动工艺就模仿了这个过程，把木材样本垂直放在处理槽里，化学药剂在毛细管力和压力差作用下，顺着木材结构往上跑。同时，用吸收片连接木材顶部和储存槽，保证液体持续从底部流向顶部，就像给木材打造了一条专属的“高速公路”，让化学药剂畅行无阻。
三、自流动工艺的卓越效果展示
（一）脱木质素处理大比拼
在脱木质素处理方面，自流动工艺那可是实力超群。和浸渍法、真空法相比，它处理后的木材微观结构大不一样。能清晰看到，自流动脱木质素木材内外都多孔且细胞壁薄，而浸渍和真空处理的木材只有外层有孔。
而且，测量木质素含量时，自流动法处理的木材内外木质素含量都低于5%，标准差仅0.7，说明木质素去除均匀，效率超高。这是因为它能让化学药剂充分与木材反应，就像给木材做了一次全方位的“深度清洁”，把木质素清理得干干净净。
（二）隔热性能谁更强
脱木质素后的木材可用于隔热，咱来看看它们的隔热效果。未处理木材、浸渍处理木材、真空处理木材和自流动处理木材的导热系数分别为0.131、0.095、0.083和0.032W/m・K。显然，自流动处理的木材导热系数最低，隔热效果最好。这是因为去除木质素后木材孔隙增多，空气被困在里面，减少了热量传递，就像给房子穿上了一件超级保暖的“羽绒服”。
（三）木材致密化的新突破
在木材致密化方面，自流动工艺也表现出色。在相同5MPa压力下，自流动法处理的木材压缩后更薄，密度更高。比如10mm厚的木材，浸渍处理后压到2.43mm，密度为1.21g/cm³，而自流动处理后能压到2.02mm，密度达1.28g/cm³。而且，拉伸强度测试表明，自流动法处理的木材比浸渍法处理的木材抗拉强度提高30%，比未处理木材更是提高了400%，这都得益于其脱木质素的均匀性，让木材纤维在压缩过程中紧密结合，变得更强壮。
（四）防腐处理的绝佳表现
以硼酸盐防腐处理为例，自流动处理的木材呈现出100%的硼酸盐浸渍深度，颜色均匀变红，而浸渍法处理的木材只有约30%覆盖，真空法处理的木材为80%。这充分证明自流动工艺在木材防腐方面效果显著，能让防腐剂深深渗入木材内部，为木材提供全方位的保护，就像给木材穿上了一层坚固的“铠甲”，抵御腐朽和虫害。
四、自流动工艺的数学模型魔法
为了更好地控制自流动处理过程，科学家们建立了一个数学模型。这个模型考虑了木材的孔隙度、密度以及化学药剂溶液的浓度、粘度等因素。通过模拟液体在木材中的流动和扩散，它能像一个智能助手一样，告诉我们最佳的处理条件和所需时间。比如说，根据公式计算，我们能准确知道不同木材在不同药剂浓度下需要处理多久才能达到理想效果，让木材处理变得更加科学、高效。
五、自流动工艺的优势与局限剖析
自流动工艺优势多多，它不需要外部压力，大大降低了成本，对木材结构完整性保护得很好，特别适合脱木质素等精细处理，化学渗透深度高，处理均匀，还能精确控制反应时间，能耗也低。不过，它也有一些小缺点，比如处理时间可能比压力法长一些，对于像桉树这种低渗透性的木材效果不太理想，因为桉树内部结构复杂，有很多阻碍液体流动的因素。但总体来说，它在木材处理领域还是具有很大的应用潜力哦！
六、不同木材处理方法终极对决
现在，我们来一场不同木材处理方法的大对决，看看它们各自的表现如何。
从这个表格就能一目了然地看出各种方法的优缺点，在实际应用中，我们就可以根据不同需求选择最合适的处理方法啦！
七、总结与展望
今天我们一起深入了解了木材化学处理的自流动工艺，它从自然中汲取灵感，在实验中展现出强大的实力，为木材处理带来了新的生机与活力。虽然还有一些小瑕疵，但随着研究的不断深入，相信它会越来越完善，在未来的木材加工领域发挥更大的作用，为我们带来更多环保、高性能的木材产品，让我们一起期待吧！
八、一起来做做题吧
1、木材在以下哪个领域的应用未被提及？
A. 建筑
B. 医疗
C. 家具
D. 交通运输
2、传统木材处理方法中，超临界流体处理的主要缺点是什么？
A. 处理不均匀
B. 成本高且效率低
C. 对木材结构破坏大
D. 无法去除木质素
3、自流动木材化学处理工艺模仿的是树木的什么过程？
A. 光合作用
B. 呼吸作用
C. 液体运输过程
D. 养分吸收过程
4、在自流动系统中，驱动液体流动的主要因素不包括以下哪个？
A. 毛细管力
B. 重力
C. 静水压力
D. 蒸腾拉力
5、在脱木质素处理中，哪种方法使木材细胞壁更薄且多孔结构更均匀？
A. 浸渍法
B. 真空法
C. 自流动法
D. 以上方法效果相同
6、对于硼酸盐防腐处理，在渗透性较好的木材中，哪种方法能实现近乎 100% 的浸渍深度？
A. 压力处理法
B. 浸渍法
C. 自流动法
D. 布歇里法
7、自流动工艺的优势不包括以下哪项？
A. 无需外部压力
B. 处理时间短
C. 能保持木材结构完整性
D. 化学渗透深度高
8、自流动工艺对以下哪种木材效果不佳？
A. 低密度木材
B. 高孔隙度木材
C. 低渗透性木材
D. 软质木材
9、哪种木材处理方法在脱木质素速度上被定义为 “高”？
A. 自流动法
B. 压力处理法
C. 浸渍法
D. 树液置换法
10、在工艺复杂性方面，以下哪种方法被定义为 “高”？
A. 自流动法
B. 压力处理法
C. 浸渍法
D. 树液置换法
参考文献：
Wang, X., Shi, S.Q. Bioinspired self-flowing wood chemical treatment. Nat Commun 16, 542 (2025).
