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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-05-24
(54)【発明の名称】異方性弾性を有する木材、その製造方法およびその使用
(51)【国際特許分類】
B27K 5/00 20060101AFI20240517BHJP
A43B 13/08 20060101ALI20240517BHJP
【ＦＩ】
B27K5/00 A
A43B13/08
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023573393
(86)(22)【出願日】2022-05-27
(85)【翻訳文提出日】2023-12-19
(86)【国際出願番号】 US2022031289
(87)【国際公開番号】W WO2022251595
(87)【国際公開日】2022-12-01
(31)【優先権主張番号】63/194,925
(32)【優先日】2021-05-28
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】520159592
【氏名又は名称】ユニバーシティ オブ メリーランド， カレッジ パーク
(74)【代理人】
【識別番号】110002066
【氏名又は名称】弁理士法人筒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】フー，リアンビン
(72)【発明者】
【氏名】ジャオ，シンペン
(72)【発明者】
【氏名】リウ，ユー
【テーマコード（参考）】
2B230
4F050
【Ｆターム（参考）】
2B230AA30
2B230BA03
2B230BA17
2B230CC21
2B230CC30
2B230DA02
2B230EA05
2B230EA09
2B230EA11
2B230EB02
4F050BA01
4F050BA43
4F050HA11
(57)【要約】
天然木材片を、１００℃未満の第１の温度で第１の溶液に浸漬し、次いで、１００℃を超える第２の温度で第２の溶液に浸漬して、部分的に脱リグニン化された木材片を形成することができる。いくつかの実施形態では、第１および第２の溶液は、同じ溶液であり得、第２の温度での浸漬は、溶液を第１の温度から第２の温度に加熱することであり得る。第１および第２の溶液中への浸漬は、天然木材片から４５～９０％のリグニンを除去し、他の細胞の細胞壁を保持しながら天然木材片中の光線細胞の構造を破壊するのに有効であり得る。次いで、部分的に脱リグニン化された木材を乾燥させることができる。乾燥後、部分的に脱リグニン化された木材は、その接線方向に沿って弾性であり得るが、その半径方向および長手方向に沿って非弾性であり得る。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
以下を含む方法：(ａ)長手方向、半径方向、および接線方向を有する天然木材片を提供することであって、天然木材片は、（ｉ）導管および木材繊維細胞の細胞壁または（ｉｉ）仮道管によって形成された管腔を有する微細構造を有し、管腔の各々は、長手方向に沿って延びる軸を有し、天然木材は、さらに光線細胞を有し、各光線細胞は、半径方向に沿って延びる軸を有し、接線方向は、長手方向および半径方向に対して垂直でことを提供すること；
(ｂ)天然木材片の少なくとも一部を第１の温度で第１の溶液に初めて浸漬し、第１の温度は、１００℃未満であること；
(ｃ) （ｂ）の浸漬後、部分的に脱リグニン化された木材片を形成するように、第２の温度で第２の時間、第２の溶液に天然木材片の少なくとも一部を浸漬し、第２の温度は、１００℃より高く、（ｂ）の浸漬および（ｃ）の浸漬は、天然木材片からリグニンを４５％～９０％除去し、細胞壁によって形成された管腔を保持しながら天然木材片中の光線細胞の構造を破壊するのに効果的であること；
(ｄ) （ｃ）の後、管腔が開口したままであるように部分的に脱リグニン化された木材片を乾燥させること；
（ｄ）の後、部分的に脱リグニン化された木材片は、接線方向に沿って実質的に弾性であり、半径方向および長手方向に沿って実質的に非弾性である。
【請求項2】
（ｂ）の浸漬および（ｃ）の浸漬は、天然木材片中のリグニンを６０％～９０％除去するのに有効である、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
天然木材は、広葉樹であり、（ｃ）の後、部分的に脱リグニン化された木材片のリグニン含有量は、２～１６．５重量％である、請求項１に記載の方法。
【請求項4】
天然木材は、針葉樹であり、（ｃ）の後、部分的に脱リグニン化された木材片のリグニン含有量は、２．５～１９．２重量％である、請求項１に記載の方法。
【請求項5】
（ｄ）の後、前記部分的に脱リグニン化された木材片の含水率は、１５重量％以下である、請求項１に記載の方法。
【請求項6】
前記第１の溶液と前記第２の溶液とが同じである、請求項１に記載の方法。
【請求項7】
前記第１の時間は、８時間以上であり、前記第２の時間は、１０時間以下である、請求項１に記載の方法。
【請求項8】
前記第１の時間は、約８～２４時間である、請求項７に記載の方法。
【請求項9】
前記第２の時間は、０．１～５時間である、請求項７に記載の方法。
【請求項10】
前記第１の温度は、５～９５℃であり、および／または前記第２の温度は、１２０～１８０℃である、請求項１に記載の方法。
【請求項11】
前記第１の溶液、前記第２の溶液、または前記第１の溶液および前記第２の溶液の両方は、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、亜硫酸ナトリウム（Ｎａ2ＳＯ3）、硫酸ナトリウム（Ｎａ2ＳＯ4）、硫化ナトリウム（Ｎａ2Ｓ）、ＮａｎＳ（ｎは整数、尿素（ＣＨ4ｎ2Ｏ）、亜硫酸ナトリウム（ＮａＨＳＯ3）、二酸化イオウ（ＳＯ2）、アントラキノン（Ｃ14Ｈ8Ｏ2）、メタノール（ＣＨ3ＯＨ）、エタノール（Ｎａ2ＳＯ3ＯＨ）、ブタノール（Ｃ4Ｈ9ＯＨ）、ギ酸（ＣＨ2Ｏ2）,過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）、酢酸（ＣＨ3ＣＯＯＨ）、ブチル酸（Ｃ4Ｈ８Ｏ2）、ペルオキシギ酸（ＣＨ2Ｏ３）、ペルオキシ酢酸（Ｃ２Ｈ４Ｏ３）、アンモニア（ＣＨ3）、トシル酸（ｐ－ＴｓＯＨ）、次亜塩素酸ナトリウム（ＮａＣｌＯ）、亜塩素酸ナトリウム（ＮａＣｌＯ2）、二酸化塩素（ＣｌＯ2）、塩素（Ｃｌ2）、またはこれらの任意の組み合わせを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項12】
前記第１の溶液、前記第２の溶液、またはそれらの両方は、ＮａＯＨの溶液である、請求項１に記載の方法。
【請求項13】
（ｄ）の後、前記部分的に脱リグニン化された木材片は、少なくとも０．１ＭＰａの圧縮強度を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項14】
（ｄ）の後、前記部分的に脱リグニン化された木材片は、６０％圧縮で、０．１～１．５ＭＰａの圧縮強度を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項15】
前記部分的に脱リグニン化された木材片に１つ以上の表面処理を施すことをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項16】
前記１つ以上の表面処理は、前記部分的に脱リグニン化された木材片の外面、内面、または外面と内面の両方にコーティングを施すことを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項17】
前記コーティングは、１０ｎｍ～１０μｍの厚さを有する、請求項１６に記載の方法。
【請求項18】
前記コーティングは、ナノ粒子、ナノワイヤ、グラフェン、グラファイト、セラミック酸化物、カーボンナノチューブ、ポリアニリン、カーボンブラック、還元グラフェン酸化物、グラフェン、またはこれらの任意の組み合わせを含む、請求項１６に記載の方法。【請求項19】
前記コーティングは、疎水性材料、耐水性材料、耐候性材料、またはこれらの任意の組み合わせを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項20】
前記コーティングは、酸化マンガンポリスチレン（ＭｎＯ3／ＰＳ）ナノコンポジット、酸化亜鉛ポリスチレン（ＺｎＯ／ＰＳ）ナノコンポジット、沈降炭酸カルシウム、カーボンナノチューブ構造体、シリカナノコーティング、フッ素化シラン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリジメチルシロキサン、ポリエステル、ポリウレタン、アクリル、エポキシ、またはこれらの任意の組み合わせを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項21】
前記コーティングが、抗菌性の塩または金属粒子を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項22】
前記コーティングは、塩化ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸ナトリウム、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム、硫酸銅、硝酸ナトリウム、炭酸ナトリウム、カルシウム、ケイ素、リン、銀ナノ粒子、酸化チタンナノ粒子、またはこれらの任意の組み合わせを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項23】
前記コーティングは、プラズモン金属ナノ粒子、触媒ナノ粒子、電気活性ナノ粒子、またはこれらの任意の組み合わせを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項24】
前記１つ以上の表面処理の後、前記部分的に脱リグニン化された木材片は、少なくとも５０％の多孔度を有する、請求項１５に記載の方法。
【請求項25】
前記部分的に脱リグニン化された木材片の開口した前記管腔を、天然または合成ポリマーで充填することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項26】
前記充填後、前記部分的に脱リグニン化された木材片は、１０％以下の多孔度を有する、請求項２５に記載の方法。
【請求項27】
（ｄ）の後、前記部分的に脱リグニン化された木材片の前記接線方向に沿った弾性率は、前記半径方向に沿った弾性率または前記長手方向に沿った弾性率よりも少なくとも１桁小さい、請求項１に記載の方法。
【請求項28】
（ｄ）の乾燥は、凍結乾燥、臨界点乾燥、溶媒交換、またはこれらの任意の組み合わせを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項29】
（ｄ）の後に、構造体に加えられる力が実質的に前記接線方向に沿って方向付けられるように、前記部分的に脱リグニン化された木材片を、前記構造体内に、または前記構造体の一部として配置することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項30】
前記構造体は、履物である、請求項２９に記載の方法。
【請求項31】
請求項１～３０のいずれか1項に記載の方法によって形成された木材構造体。
【請求項32】
以下を含む木材構造体：（ｉ）導管および木材繊維細胞の細胞壁によって形成される管腔を保持する部分的に脱リグニン化された木材片、または（ｉｉ）元の天然木材からの仮道管であって、元の天然木材からの光線細胞を欠く仮道管を含み、
各管腔は、天然木材の長手方向に沿って延びる軸を有し、各光線細胞は、天然木材の半径方向に沿って延びる軸を有し、天然木材の接線方向は、長手方向および半径方向に垂直であり、部分的に脱リグニン化された木材片は、接線方向に沿って実質的に弾性であり、半径方向および長手方向に沿って実質的に非弾性である。
【請求項33】
部分的に脱リグニン化された木材片のリグニン含有量は、元の天然木材のリグニン含有量と比較して、４５～９０％減少されている、請求項３２に記載の木材構造体。
【請求項34】
部分的に脱リグニン化された木材片のリグニン含有量は、元の天然木材のリグニン含有量と比較して、６０～９０％減少されている、請求項３２に記載の木材構造体。
【請求項35】
前記天然木材は、広葉樹であり、前記部分的に脱リグニン化された木材片のリグニン含有量は、２～１６．５重量％である、請求項３２に記載の木材構造体。
【請求項36】
前記天然木材は、針葉樹であり、前記部分的に脱リグニン化された木材片のリグニン含有量は、２．５～１９．２重量％である、請求項３２に記載の木材構造体。
【請求項37】
前記部分的に脱リグニン化された木材片の含水率は、１５重量％以下である、請求項３２に記載の木材構造体。
【請求項38】
前記部分的に脱リグニン化された木材片は、少なくとも０．１ＭＰａの圧縮強度を有する、請求項３２に記載の木材構造体。
【請求項39】
前記部分的に脱リグニン化された木材片は、６０％圧縮で０．１～１．５ＭＰａの圧縮強度を有する、請求項３２に記載の木材構造体。
【請求項40】
前記部分的に脱リグニン化された木材片の外面、内面、または外面と内面の両方にコーティングをさらに含む、請求項３２に記載の木材構造体。
【請求項41】
前記コーティングは、１０ｎｍ～１０μｍの厚さを有する、請求項４０に記載の木材構造体。
【請求項42】
前記コーティングは、ナノ粒子、ナノワイヤ、グラフェン、グラファイト、セラミック酸化物、カーボンナノチューブ、ポリアニリン、カーボンブラック、還元グラフェン酸化物、グラフェン、またはこれらの任意の組み合わせを含む、請求項４０に記載の木材構造体。
【請求項43】
前記コーティングは、疎水性材料、耐水性材料、耐候性材料、またはこれらの任意の組み合わせを含む、請求項４０に記載の木材構造体。
【請求項44】
前記コーティングは、酸化マンガンポリスチレン（ＭｎＯ3／ＰＳ）ナノコンポジット、酸化亜鉛ポリスチレン（ＺｎＯ／ＰＳ）ナノコンポジット、沈降炭酸カルシウム、カーボンナノチューブ構造体、シリカナノコーティング、フッ素化シラン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリジメチルシロキサン、ポリエステル、ポリウレタン、アクリル、エポキシ、またはこれらの任意の組み合わせを含む、請求項４３に記載の木材構造体。
【請求項45】
前記コーティングは、抗菌性の塩または金属粒子を含む、請求項４０に記載の木材構造体。
【請求項46】
前記コーティングは、塩化ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸ナトリウム、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム、硫酸銅、硝酸ナトリウム、炭酸ナトリウム、カルシウム、ケイ素、リン、銀ナノ粒子、酸化チタンナノ粒子、またはこれらの任意の組み合わせを含む、請求項４５に記載の木材構造体。
【請求項47】
前記コーティングが、プラズモン金属ナノ粒子、触媒ナノ粒子、電気活性ナノ粒子、またはこれらの任意の組み合わせを含む、請求項４０に記載の木材構造体。
【請求項48】
前記部分的に脱リグニン化された木材片は、少なくとも５０％の多孔度を有する、請求項４０に記載の木材構造体。
【請求項49】
前記部分的に脱リグニン化された木材片の開口した前記管腔内に配置された、またはそれを充填する天然または合成ポリマーをさらに含む、請求項３２に記載の木材構造体。
【請求項50】
前記部分的に脱リグニン化された木材片は、１０％以下の多孔度を有する、請求項４９に記載の木材構造体。
【請求項51】
前記部分的に脱リグニン化された木材片の前記接線方向に沿った弾性率は、前記半径方向に沿った弾性率または前記長手方向に沿った弾性率よりも少なくとも１桁小さい、請求項３２に記載の木材構造体。
【請求項52】
前記部分的に脱リグニン化された木材片が、加えられた力が実質的に接線方向に沿って方向付けられるように配置される、請求項３２に記載の木材構造体。
【請求項53】
前記木材構造体は、履物として形成される、請求項３２に記載の木材構造体。
【請求項54】
前記木材片は、前記部分的に脱リグニン化された木材から本質的になる、請求項３２に記載の木材構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
（関連出願の相互参照）
本出願は、２０２１年５月２８日に出願された「海綿状の木材およびその製造方法ならびにその使用」という名称の米国仮出願第６３／１９４，９２５号の利益を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれている。
本出願は、２０２１年５月２８日に出願された「海綿状の木材およびその製造方法ならびにその使用」という名称の米国仮出願第６３／１９４，９２５号の利益を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれている。
【0002】
（連邦支援研究に関する表明）
本発明は、米国エネルギー省（ＤＯＥ）によって与えられたＤＥＳＣ００１８８２０の下で政府の支援を受けてなされたものである。米国政府は、本発明に一定の権利を有する。
本発明は、米国エネルギー省（ＤＯＥ）によって与えられたＤＥＳＣ００１８８２０の下で政府の支援を受けてなされたものである。米国政府は、本発明に一定の権利を有する。
【0003】
本開示は、一般に、木材材料および木材加工に関し、より詳細には、弾性木材および木材複合材に関する。
【背景技術】
【0004】
無機物（例えば、炭素材料、金属、酸化物）、ポリマー、および生物学的材料（例えば、セルロース）を含む海綿状材料は、バイオマス、例えば、細菌セルロース、ナノセルロース、および天然木材から製造されている。例えば、植物の細胞壁から抽出されたセルロースナノファイバー（ＣＮＦ）は、海綿状材料のための構成要素として使用されている。ＣＮＦから海綿状材料を形成するためのボトムアップ製造プロセスは、一般に、複数のステップを含む。第１に、植物からＣＮＦを抽出するために、化学的、酵素的、および／または機械的処理が使用される。抽出されたＣＮＦは、次いで、溶液に分散され、その後、エアロゲルに再構築される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、このボトムアップアプローチは、相当量の時間とエネルギーの両方を必要とし、その有用性および／またはスケーラビリティを制限する可能性がある。さらに、そのような海綿状材料は、相互接続された界面の弱い結合のために、低い圧縮強度（例えば、＜０．１ＭＰａ）を示す。開示される主題の実施形態は、とりわけ、上述の問題および欠点のうちの１つまたは複数に対処し得る。
【0006】
開示される主題のシステムの実施形態は、異方性弾性を示す乾燥海綿状木材材料（または木材複合材）、ならびにその製造または使用方法を提供する。いくつかの実施形態では、海綿状木材材料は、天然木材に由来する波状微細構造を有することができる。例えば、海綿状木材材料は、天然木材の部分的脱リグニン化によって形成することができ、これは、長手方向に延在する木材細胞の細胞壁を保持しながら、木材の天然微細構造中の光線細胞を除去することができる。いくつかの実施形態では、天然木材中の天然リグニンの４５～９０％は、例えば、１００℃を超えるアルカリ性溶液を使用して、１つまたは複数の化学処理に供することによって除去することができる。部分的脱リグニン化後、木材は、長手方向に延在する細胞の内腔が開口したままであるように乾燥され得る。得られた乾燥木材は、高い機械的強度（例えば、＞０．１ＭＰａ）および異方性弾性を示すことができる。例えば、いくつかの実施形態では、乾燥した部分的に脱リグニン化された木材は、木材の接線方向に沿って弾性であり得るが、木材の半径方向および長手方向に沿って非弾性であり得る。
【0007】
１つまたは複数の実施形態では、本方法は、長手方向、半径方向、および接線方向を有する天然木材片を提供することを含むことができる。天然木材は、（ｉ）導管および木材繊維細胞の細胞壁または（ｉｉ）仮道管によって形成される管腔を有する微細構造を有することができる。管腔の各々は、長手方向に沿って延びる軸を有することができる。天然木材は、さらに光線細胞を有することができる。各光線細胞は、半径方向に沿って延びる軸を有することができる。接線方向は、長手方向および半径方向に対して垂直であり得る。本方法は、天然木材片の少なくとも一部を第１の溶液に第１の温度で第１の時間浸漬することをさらに含むことができる。第１の温度は、１００℃未満とすることができる。本方法は、また、部分的に脱リグニン化された木材片を形成するために、天然木材片の少なくとも一部を第２の溶液に第２の温度で第２の時間浸漬することを含むことができる。第２の温度は、１００℃を超えることができる。浸漬は、天然木材片から４５％～９０％（両端を含む）のリグニンを除去するのに有効であり得、細胞壁によって形成される管腔を保持しながら、天然木材片中の光線細胞の構造を破壊し得る。本方法は、管腔が開口したままであるように、部分的に脱リグニン化された木材片を乾燥させることをさらに含むことができる。乾燥後、部分的に脱リグニン化された木材片は、接線方向に沿って実質的に弾性であり、半径方向および長手方向に沿って実質的に非弾性であり得る。
【0008】
１つまたは複数の実施形態では、木材構造体は、（ｉ）導管および木材繊維細胞の細胞壁によって形成される管腔を保持する部分的に脱リグニン化された木材片、または（ｉｉ）元の天然木材由来の仮道管を含むことができるが、元の天然木材由来の光線細胞を欠く。各管腔は、天然木材の長手方向に沿って延びる軸を有することができる。各光線細胞は、天然木材の半径方向に沿って延びる軸を有することができる。天然木の接線方向は、長手方向および半径方向に対して垂直であり得る。部分的に脱リグニン化された木材片は、接線方向に沿って実質的に弾性であり、半径方向および長手方向に沿って実質的に非弾性であり得る。
【0009】
本開示の様々な革新のいずれも、組み合わせて、または別々に使用することができる。この概要は、以下の詳細な説明においてさらに説明される概念の選択を簡略化された形態で紹介するために提供される。この概要は、特許請求される主題の主要な特徴または本質的な特徴を特定することを意図するものではなく、特許請求される主題の範囲を限定するために使用されることも意図するものでもない。開示された技術の前述および他の目的、特徴、および利点は、添付の図面を参照して進められる以下の詳細な説明からより明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0010】
以下、実施形態について、必ずしも一定の縮尺で描かれていない添付の図面を参照して説明する。適用可能な場合、いくつかの要素は、基礎となる特徴の例示および説明を助けるために、簡略化されるか、または、そうでなければ図示されない場合がある。図面全体を通して、同様の参照番号は、同様の要素を示すものである。
【図2B】図２Ｂは、開示される主題の１つ以上の実施形態による、異方性弾性を有する天然木材および部分的に脱リグニン化された木材（０．１７ｇ／ｃｍ3の密度を有する中質バルサ材）の半径方向接線面における断面の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
一般的な考慮事項
本明細書の目的のために、本開示の実施形態の特定の態様、利点、および新規な特徴が本明細書に記載される。開示された方法およびシステムは、決して限定的であると解釈されるべきではない。代わりに、本開示は、単独で、ならびに互いの様々な組み合わせおよび下位組み合わせで、開示される様々な実施形態のすべての新規かつ非自明な特徴および態様を対象とする。方法およびシステムは、任意の特定の態様、特徴、またはそれらの組み合わせに限定されず、開示される実施形態は、任意の１つまたは複数の特定の利点が存在すること、または問題が解決されることを必要としない。任意の実施形態または実施例からの技術は、他の実施形態または実施例のうちの任意の１つまたは複数において説明される技術と組み合わせることができる。開示された技術の原理が適用され得る多くの可能な実施形態を考慮すると、図示された実施形態は、例示的なものにすぎず、開示された技術の範囲を限定するものとして解釈されるべきではないことを認識されたい。
本明細書の目的のために、本開示の実施形態の特定の態様、利点、および新規な特徴が本明細書に記載される。開示された方法およびシステムは、決して限定的であると解釈されるべきではない。代わりに、本開示は、単独で、ならびに互いの様々な組み合わせおよび下位組み合わせで、開示される様々な実施形態のすべての新規かつ非自明な特徴および態様を対象とする。方法およびシステムは、任意の特定の態様、特徴、またはそれらの組み合わせに限定されず、開示される実施形態は、任意の１つまたは複数の特定の利点が存在すること、または問題が解決されることを必要としない。任意の実施形態または実施例からの技術は、他の実施形態または実施例のうちの任意の１つまたは複数において説明される技術と組み合わせることができる。開示された技術の原理が適用され得る多くの可能な実施形態を考慮すると、図示された実施形態は、例示的なものにすぎず、開示された技術の範囲を限定するものとして解釈されるべきではないことを認識されたい。
【0012】
開示される方法のうちのいくつかの操作は、便利な提示のために特定の順番で説明されるが、特定の順序付けが、以下で説明される特定の言語によって必要とされない限り、この説明の方式は、並べ替えを包含することを理解されたい。たとえば、連続して説明される操作は、場合によっては、並べ替えられるか、または同時に実行され得る。さらに、簡略化のために、添付の図面は、開示された方法が他の方法と併せて使用され得る様々な方法を示していない場合がある。さらに、説明は、開示された方法を説明するために、「提供する」または「達成する」のような用語を使用することがある。これらの用語は、実行される実際の操作の高レベルの抽象化である。これらの用語に対応する実際の操作は、特定の実装形態に応じて異なり得、当業者によって容易に認識可能である。
【0013】
数値範囲の開示は、特に断りのない限り、端点を含む範囲内の各離散点を指すものと理解されるべきである。別段の指示がない限り、本明細書または特許請求の範囲で使用される、成分の量、分子量、百分率、温度、時間などを表す全ての数は、用語「約」によって修飾されると理解されるべきである。したがって、別段の暗示的または明示的な指示がない限り、または文脈がより明確な構成を有すると当業者によって適切に理解されない限り、記載される数値パラメータは、当業者に知られているように、求められる所望の特性および／または標準試験条件／方法下での検出の限界に依存し得る近似値である。議論された先行技術から実施形態を直接的かつ明示的に区別する場合、実施形態番号は、「約」という単語が列挙されない限り、近似ではない。「実質的に」、「およそ」、「約」、または同様の言語が特定の値と組み合わせて明示的に使用される場合は常に、明示的に別段の定めがない限り、その値の１０％までの変動が含まれることが意図されている。
【0014】
方向および他の相対的参照は、本明細書における図面および原理の説明を容易にするために使用され得るが、限定することを意図されない。例えば、「内側」、「外側」、「上」、「下」、「底部」、「内側」、「左」、「右」、「前」、「後」、「後方」などの特定の用語が使用され得る。このような用語は、適用可能な場合、特に例示された実施形態に関して、相対的な関係を扱うときの説明のいくつかの明瞭さを提供するために使用される。しかしながら、このような用語は、絶対的な関係、位置、および／または向きを暗示することを意図するものではない。例えば、物体に関して、「上」部分は、単に物体を裏返すことによって「下」部分になり得る。それにもかかわらず、それは依然として同じ部分であり、対象物は同じままである。
【0015】
本明細書で使用される場合、「含む（comprising）」という表記は、「含む（including）」を意味し、また、単数形の「ａ」または「ａｎ」または「ｔｈｅ」は、文脈が明らかにそうでないことを示さない限り、複数の言及を含む。用語「または」は、文脈が明らかにそうでないことを示さない限り、言及された代替要素の単一の要素または２つ以上の要素の組み合わせを指す。
【0016】
本明細書に記載される様々な構成要素、パラメータ、操作条件などの代替があるが、それらの代替が必ずしも同等であり、かつ／または等しく良好に機能することを意味しない。また、特に明記しない限り、選択肢が好ましい順序で列挙されていることも意味しない。特に明記しない限り、以下に定義する基のいずれも、置換されていても置換されていなくてもよい。
【0017】
別段の説明がない限り、本明細書で使用されるすべての技術用語および科学用語は、本開示が属する技術分野の当業者に一般に理解されるのと同じ意味を有する。本明細書に記載のものと類似または同等の方法および材料を本開示の実施または試験において使用することができるが、適切な方法および材料を以下に記載する。材料、方法、および実施例は、例示にすぎず、限定することを意図するものではない。本開示の主題の特徴は、以下の詳細な説明および添付の特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【0018】
用語の概要
以下は、開示される主題の様々な態様の説明を容易にし、開示される主題の実施において当業者を案内するために提供される。
以下は、開示される主題の様々な態様の説明を容易にし、開示される主題の実施において当業者を案内するために提供される。
【0019】
長手方向（Ｌ）： 木がその根またはその幹から成長する方向（例えば、図１の木１００からの幹１０２の方向Ｌ）。木材繊維細胞、導管、および／または仮道管の細胞壁を形成するセルロースナノファイバーは一般に、長手方向と整列され得る。場合によっては、天然木材の長手方向は、概して垂直であってもよく、および／または木の根からの木の水蒸散流の方向に対応してもよい。長手方向は、木材の半径方向および接線方向に垂直である。
【0020】
半径方向（Ｒ）： 木の中心部分から外側に延びる方向（例えば、図１の木１００からの幹１０２の方向Ｒ）。いくつかの実施形態では、木材の光線細胞は、放射方向に沿って延在することができる。場合によっては、天然木材の半径方向は、概ね水平であってもよい。半径方向は、木材の長手方向および接線方向に垂直である。
【0021】
接線方向（Ｔ）または円周方向： 木材の特定のカットにおける長手方向および半径方向の両方に垂直な方向（例えば、図１の木１００からの幹１０２の方向Ｔ）。場合によっては、天然木材の接線方向は、概ね水平であってもよい。いくつかの実施形態では、接線方向は、木材の成長リングに従うことができる。
【0022】
部分的脱リグニン化： 天然木材から天然に存在するリグニンの一部を除去すること、例えば、４５～９０％のリグニンを除去すること（例えば、重量パーセント基準で）。いくつかの実施形態では、脱リグニン後のリグニン含有量は、広葉樹について２～１６．５重量％の範囲内、または針葉樹について１．５～１９．２重量％の範囲内であり得る。リグニン含有量は、例えば、ASTM Internationalが発行する「バイオマス中の構造的炭水化物およびリグニンの決定」に関する研究室分析手順(ＬＡＰ)ＴＰ－５１０－４２６１８、国立再生可能エネルギー研究所（ＮＲＥＬ）が発行するバージョン０８－０３－２０１２、およびASTM Internationalが発行する「高性能液体クロマトグラフィーによるバイオマス中の炭水化物の決定の標準試験方法」に関するASTM E１７５８－０１（２０２０）の技術を用いて評価することができる。
【0023】
含水量（含水率）： 木材の微細構造内に保持される流体、典型的には水の量（％）。いくつかの実施形態において、含水量（ＭＣ）は、例えば、オーブン乾燥（例えば、６時間１０３℃で）によって達成された重量の変化を、式を用いて算出することによって、オーブン乾燥試験によって決定することができ、代替的に、または追加的に、当技術分野における公知の技術、例えば、ＡＳＴＭインターナショナルによって発行された「木材および木材ベースの材料の直接含水量測定のための標準試験方法」のためのASTM D４４４２－２０（２０２０）に開示された電気湿度計または他の技術を用いて、含水量を評価することができる。
【0024】
ＭＣ（%） ＝ （乾燥前の重量－乾燥後の重量）／乾燥後の重量 × １００
弾性： 木材材料（本質的に木材、１つ以上のコーティングを有する木材、またはポリマーで充填された木材の複合材からなる）の、圧縮力に抵抗し、その力が取り除かれたときにその元の形状およびサイズに戻る能力。いくつかの実施形態では、木材材料は、接線方向のみに沿って実質的に弾性であるが、半径方向および長手方向に沿って実質的に非弾性である。
弾性： 木材材料（本質的に木材、１つ以上のコーティングを有する木材、またはポリマーで充填された木材の複合材からなる）の、圧縮力に抵抗し、その力が取り除かれたときにその元の形状およびサイズに戻る能力。いくつかの実施形態では、木材材料は、接線方向のみに沿って実質的に弾性であるが、半径方向および長手方向に沿って実質的に非弾性である。
【0025】
導入部
海綿状木材材料は、天然木材の部分的脱リグニン化によって形成することができる。いくつかの実施形態では、天然木材中の天然リグニンの４５～９０％が木材を１つ以上の化学処理、例えば、１００℃未満の温度で第１の持続時間にわたって１つ以上のアルカリ溶液、および１００℃を超える温度で第２の持続時間にわたって１つ以上のアルカリ溶液に供することによって除去することができる。いくつかの実施形態では、部分的脱リグニン化は、長手方向に延在する木材細胞（例えば、導管、木材繊維、仮道管）の細胞壁を保持しながら、木材の天然微細構造中の放射状に延在する線細胞を選択的に破断、破壊、または他の方法で除去することができる。部分的に脱リグニン化された木材は、長手方向に延びる木材細胞の内腔が開口したままであるように乾燥させることができる。得られた海綿状木材は、高い機械的強度（例えば、６０％圧縮で０．１～１．５ＭＰａなど、 ＞０．１ＭＰａ）および異方性弾性を示すことができる。例えば、いくつかの実施形態では、海綿状木材は、木材の接線方向に沿って弾性であり得るが、木材の半径方向および長手方向に沿って非弾性であり得る。代替的にまたは追加的に、その接線方向に沿った自然木材の弾性率は、半径方向および長手方向に沿った弾性率よりも少なくとも１桁小さいものであることができる。
海綿状木材材料は、天然木材の部分的脱リグニン化によって形成することができる。いくつかの実施形態では、天然木材中の天然リグニンの４５～９０％が木材を１つ以上の化学処理、例えば、１００℃未満の温度で第１の持続時間にわたって１つ以上のアルカリ溶液、および１００℃を超える温度で第２の持続時間にわたって１つ以上のアルカリ溶液に供することによって除去することができる。いくつかの実施形態では、部分的脱リグニン化は、長手方向に延在する木材細胞（例えば、導管、木材繊維、仮道管）の細胞壁を保持しながら、木材の天然微細構造中の放射状に延在する線細胞を選択的に破断、破壊、または他の方法で除去することができる。部分的に脱リグニン化された木材は、長手方向に延びる木材細胞の内腔が開口したままであるように乾燥させることができる。得られた海綿状木材は、高い機械的強度（例えば、６０％圧縮で０．１～１．５ＭＰａなど、 ＞０．１ＭＰａ）および異方性弾性を示すことができる。例えば、いくつかの実施形態では、海綿状木材は、木材の接線方向に沿って弾性であり得るが、木材の半径方向および長手方向に沿って非弾性であり得る。代替的にまたは追加的に、その接線方向に沿った自然木材の弾性率は、半径方向および長手方向に沿った弾性率よりも少なくとも１桁小さいものであることができる。
【0026】
木材の微細構造と異方性弾性を有する天然木材
天然木材は、様々な相互接続された細胞を含む、および／またはそれによって画定される独特の三次元多孔質微細構造を有する。例えば、図１～図２Ｅは、縦方向に延びる細胞領域２１８内の木材繊維細胞２０６の六角形アレイ内に導管２０２が配置される広葉樹微細構造２００を示す。領域２１８内の導管および繊維細胞は、木材の長手方向Ｌに沿って延在する。したがって、各導管２０２の管腔は、長手方向Ｌに実質的に平行である延長軸２０４を有することができ、各繊維細胞２０６の管腔２１６は、長手方向Ｌに実質的に平行である延長軸２０８を有することができる。接線方向Ｔに沿って隣接する領域２１８間に配置される、複数の光線細胞２１０が配置される、半径方向に延びる細胞領域２２０である。領域２２０内の光線細胞は、木材の半径方向Ｒに沿って延びる。したがって、各光線細胞２１０の管腔は、木材の半径方向Ｒに実質的に平行な延長軸２１２を有することができる。細胞内薄膜２１４は、導管２０２、繊維細胞２０６、および光線細胞２１０の間に配置され、細胞を相互接続する役割を果たす。針葉樹は、広葉樹と同様の微細構造を有することができるが、木材の長手方向Ｌに延在する仮道管によって導管および木材繊維が置き換えられている。
天然木材は、様々な相互接続された細胞を含む、および／またはそれによって画定される独特の三次元多孔質微細構造を有する。例えば、図１～図２Ｅは、縦方向に延びる細胞領域２１８内の木材繊維細胞２０６の六角形アレイ内に導管２０２が配置される広葉樹微細構造２００を示す。領域２１８内の導管および繊維細胞は、木材の長手方向Ｌに沿って延在する。したがって、各導管２０２の管腔は、長手方向Ｌに実質的に平行である延長軸２０４を有することができ、各繊維細胞２０６の管腔２１６は、長手方向Ｌに実質的に平行である延長軸２０８を有することができる。接線方向Ｔに沿って隣接する領域２１８間に配置される、複数の光線細胞２１０が配置される、半径方向に延びる細胞領域２２０である。領域２２０内の光線細胞は、木材の半径方向Ｒに沿って延びる。したがって、各光線細胞２１０の管腔は、木材の半径方向Ｒに実質的に平行な延長軸２１２を有することができる。細胞内薄膜２１４は、導管２０２、繊維細胞２０６、および光線細胞２１０の間に配置され、細胞を相互接続する役割を果たす。針葉樹は、広葉樹と同様の微細構造を有することができるが、木材の長手方向Ｌに延在する仮道管によって導管および木材繊維が置き換えられている。
【0027】
いくつかの実施形態では、天然木材は、例えば、その微細構造を改質するために、部分的に脱リグニン化され得る。例えば、部分的脱リグニン化は、木材の天然リグニンの少なくとも４５％であるが９０％以下を除去することができる。さらに、部分的脱リグニン化の化学処理を注意深く制御することによって、木材構造中の光線細胞２１０を選択的に破壊することができ、一方、長手方向に延在する細胞（例えば、導管２０２および木材繊維細胞２０６）は、実質的に保持される。加えて、部分的脱リグニン化は、隣接する細胞壁の少なくともいくつかの部分が接続されたままであるように、薄膜２１４の少なくともいくつかを保持することができる。例えば、図３Ａ～図３Ｅに示されるように、部分的に脱リグニン化された木材の微細構造３００は、放射状に延在する細胞領域３２０内に空隙を示すことができ、これは、光線細胞２１０は、前もって配置された図２Ａの細胞領域２２０に対応する。一方、部分的脱リグニン化は、リグニン含有量が減少しているにもかかわらず、長手方向に延在する細胞領域３１８内の導管および繊維細胞の構成を実質的に変化させないままにすることができる。例えば、部分的脱リグニン化後、内腔３１６（図２Ａの細胞領域２１８に対応する）を画定する部分的脱リグニン化繊維細胞３０６は、図３Ａ～３Ｅに示されるように、類似の断面形状（例えば、脱リグニン前の繊維細胞と実質的に同じ最大断面寸法または直径）を有することができる。
【0028】
長手方向に延びる細胞（例えば、導管３０２、繊維細胞３０６）の保存された壁は、保持された細胞を少なくとも部分的に相互接続する部分的に脱リグニン化された薄膜３１４と共に、（完全に脱リグニン化された木材と比較して）改善された機械的強度を有する加工木材を提供することができる。同時に、光線細胞２１０の選択的除去によって導入された空隙３１０は、部分的脱リグニン化によって導入された残りの細胞壁の増加した可撓性と共に、接線方向Ｔに沿った加工木材の弾性を高めることができる。図３Ｄ～３Ｅに示されるように、加工木材は、天然木材のハニカム構造（例えば、六角形配列）を保持し、これは、外部荷重下で木材が伸張または屈曲し、破断することなく荷重を除去した後にその元の形状に戻ることを可能にすることができる。しかしながら、長手方向に延在する細胞が保持されるので、処理された木材は、長手方向および半径方向に沿って非弾性のままであり得る。代替的にまたは追加的に、接線方向に沿った加工木材の弾性率は、半径方向に沿った弾性率および／または長手方向に沿った弾性率よりも少なくとも１桁小さいことができる。したがって、部分的脱リグニン化は、（例えば、セルロースおよび少なくともいくらかの天然リグニンを保持することによって）高い機械的強度を維持しながら、得られる木材に異方性弾性を付与するのに有効であり得る。
【0029】
元の木材片の切断方向は、最終構造における細胞内腔の配向を規定することができ、この配向は、最終構造における弾性の方向（例えば、接線方向に沿ってのみ）を規定する。例えば、いくつかの実施形態では、天然木材片は、樹木１００の幹１０２から垂直または長手方向（例えば、長手方向の木材成長方向Ｌに平行）に切断され得、その結果、長手方向に延在する細胞の管腔は、長手方向に切断された木材片１０６の主面（例えば、最大表面積）に実質的に平行に配向される。長手方向に切断された木材片１０６において、接線方向Ｔ、したがって弾性の方向は、主面に対して実質的に垂直であり得る。あるいは、いくつかの実施形態では、天然木材片は、長手方向に延在する細胞の管腔が水平方向に切断された木材片１０４の主面に対して実質的に垂直に配向されるように、水平方向または半径方向に（例えば、長手方向の木材成長方向Ｌに対して垂直に）切断され得る。長手方向に切断された木材片１０４では、接線方向Ｔ、したがって弾性の方向は、切断内の成長リングと実質的に平行であり得る。あるいは、いくつかの実施形態では、天然木材片は、長手方向細胞の管腔が回転方向カット木材片１０８の主面に実質的に平行に配向されるように、回転方向（例えば、長手方向木材成長方向Ｌに垂直であり、幹１０２の円周方向に沿って）に切断され得る。回転方向カット木材片１０８では、接線方向Ｔ、したがって弾性方向は、回転方向カット木材片１０８の主面に実質的に平行であり得る。いくつかの実施形態では、天然木材片は、長手方向カット、半径方向カット、および回転方向カットの間の任意の他の配向で切断することができる。
【0030】
弾性木材複合材
いくつかの実施形態では、弾性木材を他の材料と組み合わせて複合構造体を形成することができる。例えば、弾性木材に機能処理を施すことができる。いくつかの実施形態では、機能的処理の後、弾性木材は、その多孔性（例えば、少なくとも５０％の多孔度）および高強度（例えば、圧縮時に、≧０．１ＭＰａ）を保持することができる。例えば、機能的処理は、弾性木材の多孔質マトリックスの外面および／または内面にコーティング（例えば、≦１０μｍ厚）を適用すること、または弾性木材の外面および／または内面に結合粒子（例えば、１００ｎｍ以下の最大断面寸法または直径を有するナノ粒子）を適用することを含むことができる。そのような機能的処理としては、スピンコーティング、in-situ成長、ディップコーティング、スプレーコーティング、化学蒸着、物理蒸着、原子層堆積、スパッタコーティング、および浸漬成長が挙げられるが、これらに限定されない。
いくつかの実施形態では、弾性木材を他の材料と組み合わせて複合構造体を形成することができる。例えば、弾性木材に機能処理を施すことができる。いくつかの実施形態では、機能的処理の後、弾性木材は、その多孔性（例えば、少なくとも５０％の多孔度）および高強度（例えば、圧縮時に、≧０．１ＭＰａ）を保持することができる。例えば、機能的処理は、弾性木材の多孔質マトリックスの外面および／または内面にコーティング（例えば、≦１０μｍ厚）を適用すること、または弾性木材の外面および／または内面に結合粒子（例えば、１００ｎｍ以下の最大断面寸法または直径を有するナノ粒子）を適用することを含むことができる。そのような機能的処理としては、スピンコーティング、in-situ成長、ディップコーティング、スプレーコーティング、化学蒸着、物理蒸着、原子層堆積、スパッタコーティング、および浸漬成長が挙げられるが、これらに限定されない。
【0031】
いくつかの実施形態では、コーティングまたは結合粒子は、導電性材料、半導体材料、および／または絶縁材料を含むことができる。例えば、コーティングまたは結合粒子は、ナノ粒子、ナノワイヤ、グラフェン、グラファイト、セラミック酸化物、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）（例えば、単層ＣＮＴ、二層ＣＮＴ、多層ＣＮＴなど）、ポリアニリン、カーボンブラック、およびこれらの組み合わせを含むことができるが、これらに限定されない。代替的にまたは追加的に、コーティングまたは結合粒子は、疎水性材料、耐候性材料、および／または耐水性材料であり得る。例えば、コーティングまたは結合粒子は、酸化マンガンポリスチレン（ＭｎＯ2／ＰＳ）ナノコンポジット、酸化亜鉛ポリスチレン（ＺｎＯ／ＰＳ）ナノコンポジット、沈降炭酸カルシウム、カーボンナノチューブ構造、シリカナノコーティング、フッ素化シラン、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリエステル、ポリウレタン、ポリ（メチルメタクリレート)(ＰＭＭＡ)、ポリエポキシド（例えば、エポキシ樹脂）、およびこれらの組み合わせを含むことができるが、これらに限定されない。
【0032】
代替的にまたは追加的に、コーティングまたは結合粒子は、抗菌性の塩および／または金属粒子であり得る。例えば、コーティングまたは結合粒子は、塩化ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸ナトリウム、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム、硫酸銅、硝酸ナトリウム、炭酸ナトリウム、カルシウム、ケイ素、リン、銀ナノ粒子、酸化チタンナノ粒子、およびそれらの組み合わせを含むことができるが、これらに限定されない。代替的にまたは追加的に、コーティングまたは結合された粒子は、太陽光または放射線吸収材料であってもよい。例えば、コーティングまたは結合粒子は、ＣＮＴ、カーボンブラック、グラファイト、硬質炭素、還元酸化グラフェン、グラフェン、およびこれらの組み合わせを含むことができるが、これらに限定されない。
【0033】
代替的または追加的に、コーティングまたは結合粒子は、プラズモン金属ナノ粒子、触媒ナノ粒子、および／または電気活性ナノ粒子であり得る。プラズモン金属ナノ粒子のための材料の例としては、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｐｄ、およびＲｕが挙げられるが、これらに限定されない。代替的または追加的に、コーティングまたは結合粒子は、金属ナノ粒子、金属合金ナノ粒子、半導体ナノ粒子、硫化物、リン化物、ホウ化物、酸化物、またはそれらの任意の組み合わせであり得る。例えば、金属ナノ粒子および金属合金ナノ粒子は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｒｕ、およびＦｅを含むことができるが、これらに限定されない。半導体ナノ粒子のための材料の例は、ＣｕＦｅＳｅ、または任意の他の半導体を含むことができる。硫化物の原料としては特に限定されないが、例えば、ＭｏＳ2、ＦｅＳ2、およびＣｏＳx（ｘは整数）が挙げられる。リン化物の原料としては特に限定されないが、例えば、ＣＯＰ、ＮｉＰ2、およびＭｏＰx（ｘは整数）が挙げられる。ホウ化物の材料の例としては、ＣＯＢ、ＭｏＢ、およびＮｉＢが挙げられるが、これらに限定されない。酸化物としては、ＭｎＯ2、Ｆｅ2Ｏ3、ＣｏＯ、ＮｉＯ等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【0034】
代替的にまたは追加的に、いくつかの実施形態では、弾性木材複合材は、弾性ポリマー（またはポリマー前駆体）および／または弾性タンパク質で弾性木材微細構造の開口管腔および／または細孔を充填することによって形成することができる。いくつかの実施形態では、充填後、木材複合材は、低減された多孔度（例えば、多孔度≦１０％）および高強度（例えば、圧縮時において、≧０．１ＭＰａ）を有することができる。加えて、木材複合材は、他の有益な機械的特性（例えば、高い引裂抵抗、高い引張強度、弾性、耐摩耗性、耐摩擦性など）に加えて、高い弾性（例えば、少なくとも接線方向に沿って）を維持することができる。
【0035】
例えば、弾性木材の多孔性マトリックスは、以下の材料で充填することができる：天然または合成のポリイソプレン、ポリブタジエン、クロロプレンゴム（例えば、Ｂａｙｐｒｅｎ（登録商標））、ポリクロロプレン、ネオプレン、ブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴム、スチレン－ブタジエンゴム（例えば、スチレンとブタジエンとのコポリマー）、ポリジメチルシロキサン(PDMS)、ニトリルゴム（例えば、ブタジエンとアクリロニトリルのコポリマー）、ハロゲン化ニトリルゴム（例えば、Ｔｈｅｒｂａｎ（登録商標）、Ｚｅｔｐｏｌ（登録商標）など）、エチレンプロピレンゴム（例えば、エテンとプロペンとのコポリマー）、エチレンプロピレンジエンモノマー（EPDM）ゴム、エピクロロヒドリンゴム、ポリアクリルゴム、シリコンゴム、フルオロシリコーンゴム、フルオロエラストマー（例えば、Ｖｉｔｏｎ（商標）、Ｔｅｃｎｏｆｌｏｎ（登録商標）、Ｆｌｕｏｒｅｌ（商標）、ＡＦＬＡＳ（登録商標）、ＤＡＩ－ＥＬ（商標））、パーフルオロエラストマー（例えば、Ｔｅｃｎｏｆｌｏｎ（登録商標）PFR、Ｋａｌｒｅｚ（登録商標）、Ｃｈｅｍｒａｚ（登録商標）、Ｐｅｒｌａｓｔ（登録商標））、ポリエーテルブロックアミド、クロロスルホン化ポリエチレン（例えば、Ｈｙｐａｌｏｎ（登録商標））、エチレン－酢酸ビニル、熱可塑性エラストマー、レシリン、エラスチン、ポリスルフィドゴム、エラストレフィン、ポリ（ジクロロホスファゼン）、ヘキサクロロホスファゼン重合からの無機ゴム、またはそれらの任意の組み合わせ。
【0036】
弾性木材構造体の製造方法
図４は、異方性弾性を有する木材材料を製造するための一般化された方法４００を示す。方法４００は、処理工程４０２で開始することができ、そこでは、天然木材片が提供される。例えば、天然木材は、バスウッド、オーク、ポプラ、アッシュ、アルダー、アスペン、バルサ材、ブナ、カバノキ、チェリー、バターナット、チェストナット、ココボロ、エルム、ヒッコリー、メープル、オーク、パダウク、プラム、クルミ、ヤナギ、イエローポプラ、バルドサイプレス、スギ、サイプレス、ダグラスフィア、フィア、ヘムロック、カラマツ、ピン、レッドウッド、スプルース、タマラック、ジュニパー、およびイチョウなどの任意の種類の広葉樹または針葉樹であり得るが、限定されるものではない。いくつかの実施形態では、処理工程４０２を提供することは、天然木材片を親木から切断すること、除去すること、または別様に分離することを含むこともできる。例えば、いくつかの実施形態では、切断が木材を任意の１次元（例えば、厚さおよび幅が両方ともその長さよりも少なくとも１桁小さい細長い構造）、２次元（例えば、厚さが少なくともその長さおよび幅よりも１桁小さい実質的に平坦な平面構造）、または３次元（例えば、厚さ、幅、および長さがすべて互いに１桁以内であるブロック）構造に形成することができる。いくつかの実施形態では、天然木材片は、木材の接線方向が所望の弾性の方向に実質的に平行であるように提供（および／または形成）され得る。
図４は、異方性弾性を有する木材材料を製造するための一般化された方法４００を示す。方法４００は、処理工程４０２で開始することができ、そこでは、天然木材片が提供される。例えば、天然木材は、バスウッド、オーク、ポプラ、アッシュ、アルダー、アスペン、バルサ材、ブナ、カバノキ、チェリー、バターナット、チェストナット、ココボロ、エルム、ヒッコリー、メープル、オーク、パダウク、プラム、クルミ、ヤナギ、イエローポプラ、バルドサイプレス、スギ、サイプレス、ダグラスフィア、フィア、ヘムロック、カラマツ、ピン、レッドウッド、スプルース、タマラック、ジュニパー、およびイチョウなどの任意の種類の広葉樹または針葉樹であり得るが、限定されるものではない。いくつかの実施形態では、処理工程４０２を提供することは、天然木材片を親木から切断すること、除去すること、または別様に分離することを含むこともできる。例えば、いくつかの実施形態では、切断が木材を任意の１次元（例えば、厚さおよび幅が両方ともその長さよりも少なくとも１桁小さい細長い構造）、２次元（例えば、厚さが少なくともその長さおよび幅よりも１桁小さい実質的に平坦な平面構造）、または３次元（例えば、厚さ、幅、および長さがすべて互いに１桁以内であるブロック）構造に形成することができる。いくつかの実施形態では、天然木材片は、木材の接線方向が所望の弾性の方向に実質的に平行であるように提供（および／または形成）され得る。
【0037】
方法４００は、処理工程４０４に進むことができ、ここで、天然木材片は、１つ以上の第１の化学処理に供される。いくつかの実施形態では、各第１の化学処理は、天然木材片を第１の温度で第１の化学溶液に部分的にまたは全体的に浸漬することを含む。代替的にまたは追加的に、各第１の化学処理または少なくとも１つの第１の化学処理は、天然木材片を第１の温度で第１の化学溶液に浸出、浸透、または他の方法で曝露することを含むことができる。いくつかの実施形態では、第１の化学溶液は、アルカリ溶液であってもよく、第１の温度は、１００℃未満であってもよい。例えば、第１の温度は、５～９５℃（両端を含む）の範囲、例えば室温（例えば～２３℃）であり得る。
【0038】
いくつかの実施形態では、処理に関連する第１の化学溶液は、木材片の微細構造に完全に浸透するように促されるように、各第１の化学処理またはいくつかの第１の化学処理のみを真空下で実施することができる。あるいは、いくつかの実施形態では、第１の化学処理は、周囲圧力条件または高圧条件（例えば、～６～８ｂａｒ）下で実施することができる。いくつかの実施形態では、第１の化学溶液は、天然木材の微細構造への破壊の量を最小限に抑えるために撹拌されない。
【0039】
本方法４００は、判定工程４０６に進み、ここで、第１の化学処理のための所定の第１の持続時間ｔ1に達したかどうかが判定される。時間ｔは、それぞれの第１の化学処理の開始から、例えば、天然木材片が第１の化学溶液に浸漬された後に、測定することができる。いくつかの実施形態では、第１の持続時間は、８時間以上、例えば、～２４時間であり得る。第１の持続時間に達していない（例えば、ｔ＜ｔ1）場合、方法４００は、処理工程４０４に戻り、第１の化学処理を継続する（例えば、第１の温度で第１の化学溶液中への木材の浸漬を継続することによって）か、または第１の化学処理を再実行する（例えば、別の第１の化学溶液中への木材の浸漬によって）ことができる。第１の持続時間に達した（例えば、ｔ≧ｔ1）場合、方法４００は、判断工程４０６から処理工程４０８に進むことができる。
【0040】
処理工程４０８において、木材片は、１つ以上の第２の化学処理に供される。いくつかの実施形態では、各第２の化学処理は、天然木材片を第１の温度よりも高い第２の温度で第２の化学溶液に部分的にまたは全体的に浸漬することを含む。代替的にまたは追加的に、各第２の化学処理または少なくとも１つの第２の化学処理は、木材片を第２の温度で第２の化学溶液に浸出、浸透、または他の方法で曝露することを含むことができる。いくつかの実施形態では、第２の化学溶液は、アルカリ性溶液であってもよく、第２の温度は、１００℃より高くすることができる。例えば、第２の温度は、１２０～１８０℃の範囲であることができる。
【0041】
いくつかの実施形態では、第２の化学溶液は、処理工程４０４で使用されるものと同じ溶液であってもよい。そのような場合、処理工程４０８は、木材片がその中に残っている間に、第１の化学溶液を第１の温度から第２の温度に加熱することを含むことができる。あるいは、いくつかの実施形態では、第２の化学溶液の組成は、例えば、第２の化学溶液として使用するための新しいバッチの溶液を提供することによって（例えば、第１の化学溶液から木材片を除去し、第２の化学溶液に浸漬することによって、または第１の化学溶液を排出し、新しい第２の化学溶液と交換することによって）、第１の化学溶液の組成と同一であり得る。あるいは、いくつかの実施形態では、第２の化学溶液の組成は、第１の化学溶液の組成とは異なり得る。
【0042】
第１の化学溶液、第２の化学溶液、または第１および第２の化学溶液の両方としては、例えば、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、亜硫酸ナトリウム（Ｎａ2ＳＯ3）、硫酸ナトリウム（Ｎａ2ＳＯ4）、硫化ナトリウム（Ｎａ2Ｓ）、ＮａnＳ（式中、ｎは整数、尿素（ＣＨ4ｎ2Ｏ）、亜硫酸ナトリウム（ＮａＨＳＯ3）、二酸化硫黄（ＳＯ2）、アントラキノン（Ｃ14Ｈ8Ｏ2）、メタノール（ＣＨ3ＯＨ）、エタノール（Ｎａ2ＳＯ3ＯＨ）、ブタノール（Ｃ4Ｈ9ＯＨ）、ギ酸（ＣＨ2Ｏ2）,過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）、酢酸（ＣＨ3ＣＯＯＨ）、ブチル酸（Ｃ4Ｈ８Ｏ2）、ペルオキシギ酸（ＣＨ2Ｏ３）、ペルオキシ酢酸（Ｃ２Ｈ４Ｏ３）、アンモニア（ＣＨ3）、トシル酸（ｐ－ＴｓＯＨ）、次亜塩素酸ナトリウム（ＮａＣｌＯ）、亜塩素酸ナトリウム（ＮａＣｌＯ2）、二酸化塩素（ＣｌＯ2）、塩素（Ｃｌ2）、またはこれらの任意の組み合わせを含むことができる。化学物質の例示的な組み合わせとしては、ＮａＯＨ＋Ｎａ2ＳＯ3、ＮａＯＨ＋Ｎａ2Ｓ、ＮａＯＨ＋尿素、ＮａＨＳＯ3＋ＳＯ2＋Ｈ2Ｏ、ＮａＨＳＯ3＋Ｎａ2ＳＯ3、ＮａＯＨ＋Ｎａ2ＳＯ3、ＮａＯＨ＋ＡＱ、ＮａＯＨ＋Ｎａ2Ｓ＋ＡＱ、ＮａＨＳＯ3＋ＳＯ2＋Ｈ2Ｏ＋ＡＱ、ＮａＯＨ＋Ｎａ2ＳＯ3＋ＡＱ、ＮａＨＳＯ3＋ＡＱ、ＮａＨＳＯ3＋Ｎａ2ＳＯ3＋ＡＱ、Ｎａ2ＳＯ3＋ＡＱ、ＮａＯＨ＋Ｎａ2Ｓ＋ＮａnＳ（ｎは整数）、Ｎａ2ＳＯ3＋ＮａＯＨ＋ＣＨ3ＯＨ＋ＡＱ、Ｃ2Ｈ5ＯＨ＋ＮａＯＨ、ＣＨ3ＯＨ＋ＨＣＯＯＨ、ＮＨ3＋Ｈ2Ｏ、ＮａＯＨ＋Ｏ2、Ｈ2Ｏ2＋ＮａＣｌＯ、およびＮａＣｌＯ2＋酢酸が挙げられるが、これらに限定されない。例えば、第１および第２の化学溶液は、２．５～５．０重量％のＮａＯＨであり得る。
【0043】
いくつかの実施形態では、処理に関連する第２の化学溶液が木材片の微細構造に完全に浸透するように促されるように、各第２の化学処理またはいくつかの第２の化学処理のみを真空下で実施することができる。あるいは、いくつかの実施形態では、第２の化学処理は、周囲圧力条件または高圧条件（例えば、～６～８ｂａｒ）下で実施することができる。いくつかの実施形態では、第２の化学溶液は、木材の微細構造への破壊の量を最小限に抑えるために撹拌されない。
【0044】
本方法４００は、判定工程４１０に進むことができ、そこで、第２の化学的処理のための所定の第２の持続時間ｔ2に達したかどうかが判定される。時間ｔは、（第１の化学処理の開始とは対照的に）それぞれの第２の化学処理の開始から、例えば、木材片が第２の化学溶液に浸漬された時から測定することができる。いくつかの実施形態では、第２の持続時間が１０時間以下、例えば、０．１～５時間の範囲であってもよい。第２の持続時間に達していない場合（例えば、ｔ＜ｔ2）、方法４００は、処理工程４０８に戻り、（例えば、第２の温度で木材片を第２の化学溶液に浸漬し続けることによって）第２の化学処理を続行するか、または（例えば、木材片を別の第２の化学溶液に浸漬することによって）第２の化学処理を再実行することができる。
【0045】
いくつかの実施形態では、持続時間ｔ1、ｔ2は、第１および第２の化学処理の組み合わせが、木材片中の天然リグニンの少なくとも一部（すべてではない）を除去するように選択することができる。例えば、リグニン含有量は、所望の用途に応じて、４５％（リグニン含有量は、天然木材中の元のリグニン含有量の４５％である）と９０％（リグニン含有量は、天然木材中の元のリグニン含有量の９０％である）との間に低減することができる。いくつかの実施形態では、最初のリグニンの６０～９０％を、第１および第２の化学処理によって除去することができる。いくつかの実施形態では、天然木材が広葉樹である場合、持続時間ｔ2に達した後のリグニン含有量は、２～１６．５重量％であり得る。いくつかの実施形態では、天然木材が針葉樹である場合、持続時間ｔ2に達した後のリグニン含量は、２．５～１９．２重量％であり得る。リグニン除去に加えて、第１および第２の化学処理の組み合わせは、天然木材微細構造の長手方向に延びる細胞（例えば、導管、木材繊維、または仮道管）の細胞壁を実質的に保持しながら、天然木材微細構造の半径方向に延びる光線細胞を選択的に除去するのに有効であり得る。いくつかの実施形態では、第１および第２の化学処理から生じる部分的脱リグニン化にもかかわらず、長手方向に延在する細胞の壁の少なくともいくつかは一緒に付着したままであり得るが、長手方向に延在する細胞の他の壁は、分離し得る。
【0046】
それぞれの化学溶液内への浸漬の持続時間は、除去されるリグニンの量、木材片のサイズ、化学溶液の温度、処理の圧力、および／または撹拌の関数であってもよい。例えば、より少量のリグニン除去、より小さい木材片サイズ、より高い溶液温度、より高い処理圧力、および撹拌は、より短い浸漬時間に関連し得るが、より多量のリグニン除去、より大きい木材片サイズ、より低い溶液温度、より低い処理圧力、および撹拌無しは、より長い浸漬時間に関連し得る。いくつかの実施形態では、第１の化学処理が第２の化学処理のみ（例えば、１２０～１８０℃の化学溶液）を行うことを優先して省略することができる。
【0047】
第２の持続時間に達した（例えば、ｔ≧ｔ2）場合、方法４００は、判定工程４１０から処理工程４１２に進むことができ、ここで、すすぎを任意選択的に実行することができる。例えば、すすぎは、部分的脱リグニン化プロセスから生じる残留化学物質または微粒子を除去するために使用することができる。例えば、部分的に脱リグニン化された木材片は、１つ以上のすすぎ溶液中に部分的にまたは全体的に浸漬することができる。すすぎ溶液は、溶媒、例えば、脱イオン（ＤＩ）水、アルコール（例えば、エタノール、メタノール、イソプロパノールなど）、またはこれらの任意の組み合わせであり得るが、これらに限定されない。例えば、すすぎ溶液は、等量の水およびエタノールで形成することができる。いくつかの実施形態では、すすぎは、例えば、微細構造の破壊を回避するために、撹拌せずに行うことができる。いくつかの実施形態では、すすぎは、各反復について新鮮な混合物すすぎ溶液を使用して、複数回（例えば、少なくとも３回）反復されてもよい。
【0048】
方法４００は、処理工程４１４に進むことができ、ここで、部分的に脱リグニン化された木材片は、例えば、その中の水分含有量が１５重量％未満（例えば、８～１２重量％）となるように、乾燥に供することができる。いくつかの実施形態では、乾燥は、例えば、表面張力によって誘発される水の蒸発による崩壊または圧潰を回避することによって、木材微細構造における長手方向に延在する管腔の構造が保持されるようなものであり得る（例えば、天然木材におけるものと実質的に同じ断面形状を有する）。例えば、乾燥は、凍結乾燥工程、臨界点乾燥工程、溶媒交換工程、または上記の任意の組み合わせを含むことができる。例えば、凍結乾燥工程は、部分的に脱リグニン化されたセルロース系物質の温度をその中の流体の凝固点未満（例えば、０℃未満）に低下させ、次いでその中の凍結流体を昇華させるために圧力を低下させる（例えば、数ミリバール未満）ことを含むことができる。例えば、臨界点乾燥工程は、部分的に脱リグニン化されたセルロース系材料を流体（例えば、液体二酸化炭素）中に浸漬すること、竹セグメントの温度および圧力を流体の臨界点（例えば、二酸化炭素については、７．３９ＭＰａ、３１．１℃）を越えて上昇させること、次いで、圧力を徐々に解放して、現在のガス状流体を除去することを含むことができる。例えば、溶媒交換工程は、部分的に脱リグニン化された木材内の水を有機溶媒またはアルコール（例えば、アセトン、エタノールなど）で置き換えることを含むことができ、これは、長手方向に延びる管腔を崩壊させることなく、より容易に蒸発させることができる。
【0049】
乾燥後、部分的に脱リグニン化された木材片は、例えば、少なくとも部分的に光線細胞の除去に起因して、少なくともその接線方向に沿って弾性であり得る（例えば、弾性木材片）。いくつかの実施形態では、部分的に脱リグニン化された木材片は、例えば、少なくとも部分的に縦方向細胞の保持のために、その半径方向および縦方向に沿って非弾性のままであり得る。そのような実施形態では、部分的に脱リグニン化された木材の乾燥片は、非対称弾性を示すことができる。
【0050】
方法４００は、処理工程４１６に進むことができ、ここで、弾性木材片は、任意選択的に、１つ以上の改変を受けることができる。いくつかの実施形態では、任意の改変は、例えば、水分の侵入または水分の流出を防止するために、弾性木材片を封止することを含むことができる。例えば、封止は、弾性木材片を封止されたまたは制御された環境に置くことによって行うことができる。代替的にまたは追加的に、封止は、弾性木材片の露出表面上に設けられた保護層またはコーティングによって達成することができる。例えば、保護層またはコーティングは、ポリウレタンコーティング、塗料、シラン疎水性コーティング、または木材片の中へのまたは木材片の外への湿気の移動を防止するか、または少なくとも制限するのに有効な任意の他のコーティングであり得る。代替的にまたは追加的に、任意の改変は、破壊的な改変、例えば、その後の使用のために弾性木材片を準備するための機械加工または切断を含むことができる。
【0051】
いくつかの実施形態では、任意の改変は、弾性木材片の外面および／または内面にコーティングを適用すること、および／または弾性木材片の外面および／または内面に粒子を結合することを含むことができる。いくつかの実施形態では、コーティングは、１０μｍ以下、例えば、１０ｎｍ～１０μｍの範囲内の厚さを有することができる。いくつかの実施形態では、コーティングは、弾性木材片の多孔度は、少なくとも５０％のままであるようなものであってもよい。いくつかの実施形態では、コーティングまたは結合粒子は、導電性材料、半導体材料、または絶縁材料を含むことができる。例えば、コーティングまたは結合粒子は、ナノ粒子、ナノワイヤ、グラフェン、グラファイト、セラミック酸化物、単層カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、二層ＣＮＴ、多層ＣＮＴ、ポリアニリン、カーボンブラック、グラファイト、硬質炭素（例えば、炭化または非黒鉛化炭素）、還元グラフェン酸化物、グラフェン、プラズモン金属ナノ粒子、触媒ナノ粒子、電気活性ナノ粒子、金属合金ナノ粒子、半導体ナノ粒子、硫化物、リン化物、ホウ化物、酸化物、またはこれらの任意の組み合わせを含むことができる。プラズモン金属ナノ粒子の材料の例としては、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｐｄ、およびＲｕが挙げられるが、これらに限定されない。金属ナノ粒子および金属アロイナノ粒子としては、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｒｕ、およびＦｅが挙げられるが、これらに限定されない。半導体ナノ粒子の材質としては、例えば、ＣｕＦｅＳｅ2などの半導体が挙げられる。硫化物の原料としては、特に限定されないが、例えば、ＭｏＳ2、ＣｏＳx（ｘは整数）、およびＦｅＳ2が挙げられる。リン化物のための物質としては、例えば、限定されるものではないが、ＣｏＰ、ＮｉＰ2、およびＭｏＰx（ｘは整数）が挙げられる。ホウ化物の材料の例としては、ＣｏＢ、ＭｏＢ、およびＮｉＢが挙げられるが、これらに限定されない。酸化物の材料の例としては、ＭｎＯ2、Ｆｅ2Ｏ3、ＣｏＯ、ＮｉＯ等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【0052】
代替的にまたは追加的に、いくつかの実施形態では、コーティングは、疎水性材料、耐水性材料、耐候性材料、またはこれらの任意の組み合わせを含むことができる。例えば、コーティングは、酸化マンガンポリスチレン（ＭｎＯ3／ＰＳ）ナノコンポジット、酸化亜鉛ポリスチレン（ＺｎＯ／ＰＳ）ナノコンポジット、沈降炭酸カルシウム、カーボンナノチューブ構造、シリカナノコーティング、フッ素化シラン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリジメチルシロキサン、ポリエステル、ポリウレタン、アクリル、エポキシ、またはこれらの任意の組み合わせを含むことができる。代替的にまたは追加的に、コーティングは、塩化ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸ナトリウム、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム、硫酸銅、硝酸ナトリウム、炭酸ナトリウム、カルシウム、ケイ素、リン、銀、酸化チタン、またはこれらの任意の組み合わせを含むことができる。
【0053】
いくつかの実施形態では、任意の改変は、弾性木材複合材を形成するために、弾性木材片に、ポリマー（またはポリマー前駆体）またはタンパク質などの別の弾性または可撓性材料を浸透させることを含むことができる。いくつかの実施形態では、材料は、実質的に、または少なくとも大部分が木材微細構造の開口した管腔を充填することができる。いくつかの実施形態では、浸透は、弾性木材複合材の多孔度が１０％以下に低減されるようなものであってもよい。例えば、弾性または可撓性の材料は、以下の材料を含むことができるが、これらに限定されるものではない：天然または合成のポリイソプレン、ポリブタジエン、クロロプレンゴム（例えば、Ｂａｙｐｒｅｎ（登録商標））、ポリクロロプレン、ネオプレン、ブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴム、スチレン－ブタジエンゴム（例えば、スチレンとブタジエンとのコポリマー）、ポリジメチルシロキサン(PDMS)、ニトリルゴム（例えば、ブタジエンとアクリロニトリルとのコポリマー）、ハロゲン化ニトリルゴム（例えば、Ｔｈｅｒｂａｎ（登録商標）、Ｚｅｔｐｏｌ（登録商標）など）、エチレンプロピレンゴム（例えば、エテンとプロペンとのコポリマー）、エチレンプロピレンジエンモノマー（EPDM）ゴム、エピクロロヒドリンゴム、ポリアクリルゴム、シリコンゴム、フルオロシリコーンゴム、フルオロエラストマー（例えば、Ｖｉｔｏｎ（商標）、Ｔｅｃｎｏｆｌｏｎ（登録商標）PFR、Ｆｌｕｏｒｅｌ（商標）、ＡＦＬＡＳ（登録商標）、ＤＡＩ－Ｅ（商標））、パーフルオロエラストマー（例えば、Ｔｅｃｎｏｆｌｏｎ（登録商標）、Ｋａｌｒｅｚ（登録商標）、Ｃｈｅｍｒａｚ（登録商標）、Ｐｅｒｌａｓｔ（登録商標））、ポリエーテルブロックアミド、コールスルホン化ポリエチレン（例えば、Ｈｙｐａｌｏｎ（登録商標））、エチレン－酢酸ビニル、熱可塑性エラストマー、レシリン、エラスチン、ポリスルフィドゴム、エラストレフィン、ポリ（ジクロロホスファゼン）、ヘキサクロロホスファゼ重合からの無機ゴム、またはこれらの任意の組み合わせ。
【0054】
方法４００は、処理工程４１８に進むことができ、ここで、弾性木材片（または複合材）は、特定の用途で使用することができ、または特定の用途で使用するために適合させることができる。いくつかの実施形態では、弾性木材片（または複合材）は、その接線方向に沿って圧縮力を受けた後にその元の形状を完全に回復することができる（一方、直交する半径方向および長手方向に沿って実質的に非弾性のままである）異方性弾性構造体として使用することができる。いくつかの実施形態では、弾性木材片（または複合材）は、吸音材料または力吸収材料として使用することができる。いくつかの実施形態では、弾性木材片は、その非弾性面（例えば、半径方向および長手方向に沿って）がその非弾性面に加えられる力を支持する（例えば、構造部材として作用する）ように方向付けることができ、一方、その弾性方向（例えば、接線方向に沿って）は、その方向に加えられる力を吸収する（例えば、吸音部材として作用する）。
【0055】
弾性木材片（または複合材）は、弾性および／または海綿状材料が有用であり得る任意の用途において使用され得、例えば、限定されないが、建物（建築）または構造材料（例えば、断熱材、床材など）、吸音材、履物の一部（例えば、インサートまたはインソール、アウトソール、ミッドソール、アッパー、タングなど）、緩衝材（例えば、パッキング材料、マットレス、枕、クッションなど）、シール（例えば、ガスケット、Ｏリングなど）、隔離デバイス（例えば、制振パッド、防振マウントなど）、制振要素（例えば、ショックアブソーバ）、エネルギー貯蔵または収穫デバイス、弾性基材（例えば、可撓性導体、可撓性電子デバイス、ウェアラブルデバイスなど）、形状記憶構造、およびタイヤなどである。いくつかの実施形態では、弾性木材片（または複合材）は、例えば、非植物材料（例えば、金属、金属合金、プラスチック、セラミック、複合材など）と一緒に組み立てられて、異種複合材構造を形成する構造材料として使用することができる。
【0056】
図４の工程４０２～４１８は、１回実行されるものとして説明されたが、いくつかの実施形態では、特定の処理工程の複数の繰り返しが、次の決定工程または処理工程に進む前に使用され得る。加えて、図４の工程４０２～４１８が別々に図示され、説明されているが、いくつかの実施形態では、処理工程は、一緒に（同時に、または連続して）組み合わされ、実行され得る。さらに、図４は、工程４０２～４１８の特定の順序を示すが、開示される主題の実施形態は、それに限定されない。実際、特定の実施形態では、工程が図示されたものとは異なる順序で、または他の工程と同時に行われてもよい。
【0057】
作製例と実験結果
作製例では、密度０．１７ｇ／ｃｍ３の天然バルサ材の木材片を部分的に脱リグニン化し、その中の天然リグニンの約７５％を除去した。バルサ材の木材片をＮａＯＨ水溶液に室温で２４時間浸漬し、その後ＮａＯＨ溶液の温度を１６０℃に上げ、約５時間維持した。部分的に脱リグニン化した後、バルサ材の木材片を凍結乾燥して、図３Ｄ～３Ｅに示すように、縦方向に延びる細胞の開口した（例えば、刻み目のない）微細構造を維持しながら、バルサ材の木材片から水分を除去した。しかしながら、図３Ｂ～３Ｄに示すように、放射状に延びる光線細胞は、部分的な脱リグニンによって選択的に除去された。
作製例では、密度０．１７ｇ／ｃｍ３の天然バルサ材の木材片を部分的に脱リグニン化し、その中の天然リグニンの約７５％を除去した。バルサ材の木材片をＮａＯＨ水溶液に室温で２４時間浸漬し、その後ＮａＯＨ溶液の温度を１６０℃に上げ、約５時間維持した。部分的に脱リグニン化した後、バルサ材の木材片を凍結乾燥して、図３Ｄ～３Ｅに示すように、縦方向に延びる細胞の開口した（例えば、刻み目のない）微細構造を維持しながら、バルサ材の木材片から水分を除去した。しかしながら、図３Ｂ～３Ｄに示すように、放射状に延びる光線細胞は、部分的な脱リグニンによって選択的に除去された。
【0058】
次いで、乾燥した部分的に脱リグニン化した木材を圧縮試験に供し、その結果を図５Ａに示す。図から明らかなように、部分的に脱リグニン化した木材は、乾燥状態で６０％圧縮下で～０．６ＭＰａの機械的強度を示し、これは、従来の木材ベースのエアロゲルよりも著しく高い。図５Ｂは、リグニン除去率（％）に対する機械的強度の依存性をさらに示す。図から明らかなように、リグニン除去率が６０％から９５％に増加することにつれて、圧縮強度は、１．５ＭＰａから０．０５ＭＰａに減少する。しかしながら、～４５％以下のリグニン除去率では、得られる構造は、非弾性のままであり得る。図７はさらに、化学溶液濃度に対する圧縮挙動の依存性を示す（高濃度のＮａＯＨは、他の点では同じ処理条件で、より多くのリグニン除去をもたらし得る）。図から明らかなように、処理木材の弾性挙動は、化学溶液および処理条件の適切な選択によって、特定の用途に合わせて調整することができる。例えば、より低い弾性が望まれる用途（例えば、より堅固な構造）では、２．５重量％のＮａＯＨを使用して、約０．３の歪みで最大圧縮応力を示す構造を形成することができ、一方、より高い弾性が望まれる用途（例えば、より柔軟な構造）では、５．０重量％のＮａＯＨを使用して、約０．５５の歪みで最大圧縮応力を示す構造を形成することができる。
【0059】
図６Ａ～６Ｂは、特に初期段階６０２から圧縮段階６０４（例えば、接線方向に沿ってその元の厚さの約２０％だけ圧縮された）へ、次いで回復段階６０６（例えば、圧縮力の解放後）への圧縮サイクルを受ける弾性バルサ材の木材片６００の乾燥片を示す。圧縮サイクルを複数回繰り返し、木材片６００は、その度に元の形状に復帰した。図６Ｂに示されるように、圧縮段階６０４の間、光線細胞の選択的除去によって生成された空隙６０８は、圧縮力の印加によって崩壊する。しかしながら、圧縮力の除去後、空隙６０８は、回復段階６０６において再膨張し、それによって、木材６００をその元の形状に復元する。
【0060】
開示された技術のさらなる例
開示された主題の上述の実装を考慮して、本出願は、以下に列挙される付記における追加の例を開示する。単独での付記の１つの特徴、または組み合わせて取られた付記の２つ以上の特徴、および任意選択で、１つ以上のさらなる付記の１つ以上の特徴と組み合わせたさらなる例も、本出願の開示の範囲内に含まれることに留意されたい。
開示された主題の上述の実装を考慮して、本出願は、以下に列挙される付記における追加の例を開示する。単独での付記の１つの特徴、または組み合わせて取られた付記の２つ以上の特徴、および任意選択で、１つ以上のさらなる付記の１つ以上の特徴と組み合わせたさらなる例も、本出願の開示の範囲内に含まれることに留意されたい。
【0061】
付記１．
以下を含む方法：
(ａ) 長手方向、半径方向、および接線方向を有する天然木材片を提供することであって、天然木材片は、（ｉ）導管および木材繊維細胞の細胞壁または（ｉｉ）仮道管によって形成された管腔を有する微細構造を有し、管腔の各々は、長手方向に沿って延びる軸を有し、天然木材片は、さらに光線細胞を有し、各光線細胞は、半径方向に沿って延びる軸を有し、接線方向は、長手方向および半径方向に垂直であること；
(ｂ) 天然木材片の少なくとも一部を第１の温度で第１の溶液に初めて浸漬し、第１の温度は、１００℃未満であること；
(ｃ) （ｂ）の浸漬後、部分的に脱リグニン化された木材片を形成するように、第２の温度で第２の時間、第２の溶液に天然木材片の少なくとも一部を浸漬し、第２の温度は、１００℃より高く、（ｂ）の浸漬および（ｃ）の浸漬は、天然木材片からリグニンを４５％～９０％（両端を含む）除去し、細胞壁によって形成された管腔を保持しながら天然木材片中の光線細胞の構造を破壊するのに効果的であること；
(ｄ) （ｃ）の後、管腔が開口したままであるように部分的に脱リグニン化された木材片を乾燥させること；
（ｄ）の後、部分的に脱リグニン化された木材片は、接線方向に沿って実質的に弾性である。
以下を含む方法：
(ａ) 長手方向、半径方向、および接線方向を有する天然木材片を提供することであって、天然木材片は、（ｉ）導管および木材繊維細胞の細胞壁または（ｉｉ）仮道管によって形成された管腔を有する微細構造を有し、管腔の各々は、長手方向に沿って延びる軸を有し、天然木材片は、さらに光線細胞を有し、各光線細胞は、半径方向に沿って延びる軸を有し、接線方向は、長手方向および半径方向に垂直であること；
(ｂ) 天然木材片の少なくとも一部を第１の温度で第１の溶液に初めて浸漬し、第１の温度は、１００℃未満であること；
(ｃ) （ｂ）の浸漬後、部分的に脱リグニン化された木材片を形成するように、第２の温度で第２の時間、第２の溶液に天然木材片の少なくとも一部を浸漬し、第２の温度は、１００℃より高く、（ｂ）の浸漬および（ｃ）の浸漬は、天然木材片からリグニンを４５％～９０％（両端を含む）除去し、細胞壁によって形成された管腔を保持しながら天然木材片中の光線細胞の構造を破壊するのに効果的であること；
(ｄ) （ｃ）の後、管腔が開口したままであるように部分的に脱リグニン化された木材片を乾燥させること；
（ｄ）の後、部分的に脱リグニン化された木材片は、接線方向に沿って実質的に弾性である。
【0062】
付記２．
（ｄ）の後、部分的に脱リグニン化された木材片が、半径方向および長手方向に沿って実質的に非弾性である、本明細書の任意の項または例、特に付記１の方法。
（ｄ）の後、部分的に脱リグニン化された木材片が、半径方向および長手方向に沿って実質的に非弾性である、本明細書の任意の項または例、特に付記１の方法。
【0063】
付記３．
（ｂ）の浸漬および（ｃ）の浸漬は、天然木材片中のリグニンを６０％～９０％（両端を含む）除去するのに有効である、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記１～２のいずれか１つの方法。
（ｂ）の浸漬および（ｃ）の浸漬は、天然木材片中のリグニンを６０％～９０％（両端を含む）除去するのに有効である、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記１～２のいずれか１つの方法。
【0064】
付記４．
天然木材が広葉樹であり、（ｃ）の後、部分的に脱リグニン化された木材片のリグニン含有量は、２～１６．５重量％（両端を含む）である、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記１～３のいずれか１つの方法。
天然木材が広葉樹であり、（ｃ）の後、部分的に脱リグニン化された木材片のリグニン含有量は、２～１６．５重量％（両端を含む）である、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記１～３のいずれか１つの方法。
【0065】
付記５．
天然木材は、針葉樹であり、（ｃ）の後、部分的に脱リグニン化された木材片のリグニン含有量は、２．５～１９．２重量％（両端を含む）である、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記１～３のいずれか１つの方法。
天然木材は、針葉樹であり、（ｃ）の後、部分的に脱リグニン化された木材片のリグニン含有量は、２．５～１９．２重量％（両端を含む）である、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記１～３のいずれか１つの方法。
【0066】
付記６．
（ｄ）の後、部分的に脱リグニン化された木材片の含水量は、１５重量％以下である、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記１～５のいずれか１つの方法。
（ｄ）の後、部分的に脱リグニン化された木材片の含水量は、１５重量％以下である、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記１～５のいずれか１つの方法。
【0067】
付記７．
第１の溶液および第２の溶液は、同じであり、（ｃ）の浸漬は、第１の溶液を第１の温度から第２の温度に加熱することを含む、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記１～６のいずれか１つの方法。
第１の溶液および第２の溶液は、同じであり、（ｃ）の浸漬は、第１の溶液を第１の温度から第２の温度に加熱することを含む、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記１～６のいずれか１つの方法。
【0068】
付記８．
第１の時間は、８時間以上であり、第２の時間は、１０時間以下であり、第１の時間は、第２の時間未満であり、またはこれらの任意の組み合わせである、本明細書の任意の項または例、特に、付記１～７のいずれか１つの方法。
第１の時間は、８時間以上であり、第２の時間は、１０時間以下であり、第１の時間は、第２の時間未満であり、またはこれらの任意の組み合わせである、本明細書の任意の項または例、特に、付記１～７のいずれか１つの方法。
【0069】
付記９．
前記第１の時間は、約８～２４時間である、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記１～８のいずれか１つの方法。
前記第１の時間は、約８～２４時間である、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記１～８のいずれか１つの方法。
【0070】
付記１０．
第２の時間は、両端値を含めて０．１～５時間である、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記１～９のいずれか１つの方法。
第２の時間は、両端値を含めて０．１～５時間である、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記１～９のいずれか１つの方法。
【0071】
付記１１．
第１の温度は、５～９５℃であり、および／または第２の温度は、１２０～１８０℃である、本明細書のいずれかの項または例示、特に、付記１～１０のいずれか１つの方法。
第１の温度は、５～９５℃であり、および／または第２の温度は、１２０～１８０℃である、本明細書のいずれかの項または例示、特に、付記１～１０のいずれか１つの方法。
【0072】
付記１２．
第１の溶液、第２の溶液、または第１の溶液および第２の溶液の両方が、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、亜硫酸ナトリウム（Ｎａ2ＳＯ3）、硫酸ナトリウム（Ｎａ2ＳＯ4）、硫化ナトリウム（Ｎａ2Ｓ）、ＮａnＳ（ｎは整数）、尿素（ＣＨ4Ｎ2Ｏ）、亜硫酸ナトリウム（ＮａＨＳＯ3）、二酸化イオウ（ＳＯ2）、アントラキノン（Ｃ14Ｈ8Ｏ2）、メタノール（ＣＨ3ＯＨ）、エタノール（Ｎａ2ＳＯ3ＯＨ）、ブタノール（Ｃ4Ｈ9ＯＨ）、ギ酸（ＣＨ2Ｏ2）,過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）、酢酸（ＣＨ3ＣＯＯＨ）、ブチル酸（Ｃ4Ｈ８Ｏ2）、ペルオキシギ酸（ＣＨ2Ｏ３）、ペルオキシ酢酸（Ｃ２Ｈ４Ｏ３）、アンモニア（ＣＨ3）、トシル酸（ｐ－ＴｓＯＨ）、次亜塩素酸ナトリウム（ＮａＣｌＯ）、亜塩素酸ナトリウム（ＮａＣｌＯ2）、二酸化塩素（ＣｌＯ2）、塩素（Ｃｌ2）、またはこれらの任意の組み合わせを含む、本明細書のいずれかの項または例示、特に、付記１～１１のいずれか１つの方法。
第１の溶液、第２の溶液、または第１の溶液および第２の溶液の両方が、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、亜硫酸ナトリウム（Ｎａ2ＳＯ3）、硫酸ナトリウム（Ｎａ2ＳＯ4）、硫化ナトリウム（Ｎａ2Ｓ）、ＮａnＳ（ｎは整数）、尿素（ＣＨ4Ｎ2Ｏ）、亜硫酸ナトリウム（ＮａＨＳＯ3）、二酸化イオウ（ＳＯ2）、アントラキノン（Ｃ14Ｈ8Ｏ2）、メタノール（ＣＨ3ＯＨ）、エタノール（Ｎａ2ＳＯ3ＯＨ）、ブタノール（Ｃ4Ｈ9ＯＨ）、ギ酸（ＣＨ2Ｏ2）,過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）、酢酸（ＣＨ3ＣＯＯＨ）、ブチル酸（Ｃ4Ｈ８Ｏ2）、ペルオキシギ酸（ＣＨ2Ｏ３）、ペルオキシ酢酸（Ｃ２Ｈ４Ｏ３）、アンモニア（ＣＨ3）、トシル酸（ｐ－ＴｓＯＨ）、次亜塩素酸ナトリウム（ＮａＣｌＯ）、亜塩素酸ナトリウム（ＮａＣｌＯ2）、二酸化塩素（ＣｌＯ2）、塩素（Ｃｌ2）、またはこれらの任意の組み合わせを含む、本明細書のいずれかの項または例示、特に、付記１～１１のいずれか１つの方法。
【0073】
付記１３．
第１の溶液、第２の溶液、または両方が、ＮａＯＨの溶液である、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記１～１２のいずれか１つの方法。
第１の溶液、第２の溶液、または両方が、ＮａＯＨの溶液である、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記１～１２のいずれか１つの方法。
【0074】
付記１４．
（ｄ）の後、部分的に脱リグニン化された木材片が、少なくとも０．１ＭＰａの圧縮強度を有する、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記１～１３のいずれか1項に記載の方法。
（ｄ）の後、部分的に脱リグニン化された木材片が、少なくとも０．１ＭＰａの圧縮強度を有する、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記１～１３のいずれか1項に記載の方法。
【0075】
付記１５．
（ｄ）の後、部分的に脱リグニン化された木材片は、６０％圧縮で０．１～１．５ＭＰａ（両端を含む）の圧縮強度を有する、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記１～１４のいずれか１つの方法。
（ｄ）の後、部分的に脱リグニン化された木材片は、６０％圧縮で０．１～１．５ＭＰａ（両端を含む）の圧縮強度を有する、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記１～１４のいずれか１つの方法。
【0076】
付記１６．
部分的に脱リグニン化された木材片を１つまたは複数の表面処理に供することをさらに含む、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記１～１５のいずれか１つの方法。
部分的に脱リグニン化された木材片を１つまたは複数の表面処理に供することをさらに含む、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記１～１５のいずれか１つの方法。
【0077】
付記１７．
１つまたは複数の表面処理が、部分的に脱リグニン化された木材片の外面、内面、または外面と内面の両方にコーティングを適用することを含む、本明細書のいずれかの項または例、特に付記１６の方法。
１つまたは複数の表面処理が、部分的に脱リグニン化された木材片の外面、内面、または外面と内面の両方にコーティングを適用することを含む、本明細書のいずれかの項または例、特に付記１６の方法。
【0078】
付記１８．
コーティングは、１０ｎｍ～１０μｍ（両端を含む）の厚さを有する、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記１７に記載の方法。
コーティングは、１０ｎｍ～１０μｍ（両端を含む）の厚さを有する、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記１７に記載の方法。
【0079】
付記１９．
コーティングは、ナノ粒子、ナノワイヤ、グラフェン、グラファイト、セラミック酸化物、カーボンナノチューブ、ポリアニリン、カーボンブラック、還元酸化グラフェン、グラフェン、またはこれらの任意の組み合わせを含む、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記１７～１８のいずれか１つの方法。
コーティングは、ナノ粒子、ナノワイヤ、グラフェン、グラファイト、セラミック酸化物、カーボンナノチューブ、ポリアニリン、カーボンブラック、還元酸化グラフェン、グラフェン、またはこれらの任意の組み合わせを含む、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記１７～１８のいずれか１つの方法。
【0080】
付記２０．
コーティングは、疎水性材料、耐水性材料、耐候性材料、またはこれらの任意の組み合わせを含む、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記１７～１９のいずれか１つの方法。
コーティングは、疎水性材料、耐水性材料、耐候性材料、またはこれらの任意の組み合わせを含む、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記１７～１９のいずれか１つの方法。
【0081】
付記２１．
コーティングは、酸化マンガンポリスチレン（ＭｎＯ3／ＰＳ）ナノコンポジット、酸化亜鉛ポリスチレン（ＺｎＯ／ＰＳ）ナノコンポジット、沈降炭酸カルシウム、カーボンナノチューブ構造体、シリカナノコーティング、フッ素化シラン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリジメチルシロキサン、ポリエステル、ポリウレタン、アクリル、エポキシ、またはこれらの任意の組み合わせを含む、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記１７～２０のいずれか１つの組成物。
コーティングは、酸化マンガンポリスチレン（ＭｎＯ3／ＰＳ）ナノコンポジット、酸化亜鉛ポリスチレン（ＺｎＯ／ＰＳ）ナノコンポジット、沈降炭酸カルシウム、カーボンナノチューブ構造体、シリカナノコーティング、フッ素化シラン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリジメチルシロキサン、ポリエステル、ポリウレタン、アクリル、エポキシ、またはこれらの任意の組み合わせを含む、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記１７～２０のいずれか１つの組成物。
【0082】
付記２２．
前記コーティングが、抗菌性塩または金属粒子を含む、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記１７～２１のいずれか１つの方法。
前記コーティングが、抗菌性塩または金属粒子を含む、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記１７～２１のいずれか１つの方法。
【0083】
付記２３．
コーティングは、塩化ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸ナトリウム、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム、硫酸銅、硝酸ナトリウム、炭酸ナトリウム、カルシウム、ケイ素、リン、銀ナノ粒子、酸化チタンナノ粒子、またはこれらの任意の組み合わせを含む、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記１７～２２のいずれか１つの方法。
コーティングは、塩化ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸ナトリウム、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム、硫酸銅、硝酸ナトリウム、炭酸ナトリウム、カルシウム、ケイ素、リン、銀ナノ粒子、酸化チタンナノ粒子、またはこれらの任意の組み合わせを含む、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記１７～２２のいずれか１つの方法。
【0084】
付記２４．
コーティングが、プラズモン金属ナノ粒子、触媒ナノ粒子、電気活性ナノ粒子、またはこれらの任意の組み合わせを含む、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記１７～２３のいずれか１つの方法。
コーティングが、プラズモン金属ナノ粒子、触媒ナノ粒子、電気活性ナノ粒子、またはこれらの任意の組み合わせを含む、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記１７～２３のいずれか１つの方法。
【0085】
付記２５．
１つまたは複数の表面処理の後、部分的に脱リグニン化された木材片は、少なくとも５０％の多孔度を有する、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記１６～２４のいずれか１つの方法。
１つまたは複数の表面処理の後、部分的に脱リグニン化された木材片は、少なくとも５０％の多孔度を有する、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記１６～２４のいずれか１つの方法。
【0086】
付記２６．
部分的に脱リグニン化された木材片の開放管腔を天然または合成ポリマーで充填することをさらに含む、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記１～２５のいずれか１つの方法。
部分的に脱リグニン化された木材片の開放管腔を天然または合成ポリマーで充填することをさらに含む、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記１～２５のいずれか１つの方法。
【0087】
付記２７．
充填後、部分的に脱リグニン化された木材片は、１０％以下の多孔度を有する、本明細書のいずれかの項または例、特に付記２６の方法。
充填後、部分的に脱リグニン化された木材片は、１０％以下の多孔度を有する、本明細書のいずれかの項または例、特に付記２６の方法。
【0088】
付記２８．
（ｄ）の後、接線方向に沿った部分的に脱リグニン化された木材片の弾性率は、半径方向に沿った弾性率または長手方向に沿った弾性率よりも少なくとも１桁小さい、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記１～２７のいずれか１つの方法。
（ｄ）の後、接線方向に沿った部分的に脱リグニン化された木材片の弾性率は、半径方向に沿った弾性率または長手方向に沿った弾性率よりも少なくとも１桁小さい、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記１～２７のいずれか１つの方法。
【0089】
付記２９．
（ｄ）の乾燥は、凍結乾燥、臨界点乾燥、溶媒交換、またはこれらの任意の組み合わせを含む、本明細書の任意の項または例、特に、付記１～２８のいずれか１つの方法。
（ｄ）の乾燥は、凍結乾燥、臨界点乾燥、溶媒交換、またはこれらの任意の組み合わせを含む、本明細書の任意の項または例、特に、付記１～２８のいずれか１つの方法。
【0090】
付記３０．
（ｄ）の後に、部分的に脱リグニン化された木材片を、構造体に加えられる力が実質的に接線方向に沿って方向付けられるように、構造体内に、または構造体の一部として配置することをさらに含む、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記１～２９のいずれか１つの方法。
（ｄ）の後に、部分的に脱リグニン化された木材片を、構造体に加えられる力が実質的に接線方向に沿って方向付けられるように、構造体内に、または構造体の一部として配置することをさらに含む、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記１～２９のいずれか１つの方法。
【0091】
付記３１．
構造体は、履物である、本明細書のいずれかの項または例、特に付記３０の方法。
構造体は、履物である、本明細書のいずれかの項または例、特に付記３０の方法。
【0092】
付記３２．
本明細書のいずれかの項または例、特に、付記１～３１のいずれか１つの方法によって形成された木材構造体。
本明細書のいずれかの項または例、特に、付記１～３１のいずれか１つの方法によって形成された木材構造体。
【0093】
付記３３．
以下を含む木材構造体：
（ｉ）導管および木材繊維細胞の細胞壁によって形成される管腔を保持する部分的に脱リグニン化された木材の片、または（ｉｉ）元の天然木材からの仮道管であって、元の天然木材からの光線細胞を欠く仮道管を含み、
各管腔は、天然木材片の長手方向に沿って延びる軸を有し、各光線細胞は、天然木材の半径方向に沿って延びる軸を有し、
天然木材の接線方向は、長手方向および半径方向に垂直であり、
部分的に脱リグニン化された木材片は、接線方向に沿って実質的に弾性である。
以下を含む木材構造体：
（ｉ）導管および木材繊維細胞の細胞壁によって形成される管腔を保持する部分的に脱リグニン化された木材の片、または（ｉｉ）元の天然木材からの仮道管であって、元の天然木材からの光線細胞を欠く仮道管を含み、
各管腔は、天然木材片の長手方向に沿って延びる軸を有し、各光線細胞は、天然木材の半径方向に沿って延びる軸を有し、
天然木材の接線方向は、長手方向および半径方向に垂直であり、
部分的に脱リグニン化された木材片は、接線方向に沿って実質的に弾性である。
【0094】
付記３４．
部分的に脱リグニン化された木材片は、半径方向および長手方向に沿って実質的に非弾性である、本明細書のいずれかの項または例、特に付記３２～３３のいずれか１つの木材構造体。
部分的に脱リグニン化された木材片は、半径方向および長手方向に沿って実質的に非弾性である、本明細書のいずれかの項または例、特に付記３２～３３のいずれか１つの木材構造体。
【0095】
付記３５．
部分的に脱リグニン化された木材片のリグニン含有量が、元の天然木材のリグニン含有量と比較して、４５～９０％（両端を含む）減少されている、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記３２～３４のいずれか１つの木材構造体。
部分的に脱リグニン化された木材片のリグニン含有量が、元の天然木材のリグニン含有量と比較して、４５～９０％（両端を含む）減少されている、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記３２～３４のいずれか１つの木材構造体。
【0096】
付記３６．
部分的に脱リグニン化された木材片のリグニン含有量が、元の天然木材のリグニン含有量と比較して６０～９０％（両端を含む）減少されている、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記３２～３５のいずれか１つの木材構造体。
部分的に脱リグニン化された木材片のリグニン含有量が、元の天然木材のリグニン含有量と比較して６０～９０％（両端を含む）減少されている、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記３２～３５のいずれか１つの木材構造体。
【0097】
付記３７．
天然木材は、広葉樹であり、部分的に脱リグニン化された木材片のリグニン含有量は、２～１６．５重量％（両端を含む）である、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記３２～３６のいずれか１つの木材構造体。
天然木材は、広葉樹であり、部分的に脱リグニン化された木材片のリグニン含有量は、２～１６．５重量％（両端を含む）である、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記３２～３６のいずれか１つの木材構造体。
【0098】
付記３８．
天然木材は、針葉樹であり、部分的に脱リグニン化された木材片のリグニン含有量は、２．５～１９．２重量％（両端を含む）である、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記３２～３６のいずれか１つの木材構造体。
天然木材は、針葉樹であり、部分的に脱リグニン化された木材片のリグニン含有量は、２．５～１９．２重量％（両端を含む）である、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記３２～３６のいずれか１つの木材構造体。
【0099】
付記３９．
部分的に脱リグニン化された木材片の含水率は、１５重量％以下である、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記３２～３８のいずれか１つの木材構造体。
部分的に脱リグニン化された木材片の含水率は、１５重量％以下である、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記３２～３８のいずれか１つの木材構造体。
【0100】
付記４０．
部分的に脱リグニン化された木材片は、少なくとも０．１ＭＰａの圧縮強度を有する、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記３２～３９のいずれか１つの木材構造体。
部分的に脱リグニン化された木材片は、少なくとも０．１ＭＰａの圧縮強度を有する、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記３２～３９のいずれか１つの木材構造体。
【0101】
付記４１．
部分的に脱リグニン化された木材片は、６０％圧縮で０．１～１．５ＭＰａ（両端値を含む）の圧縮強度を有する、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記３２～４０項のいずれか１つの木材構造体。
部分的に脱リグニン化された木材片は、６０％圧縮で０．１～１．５ＭＰａ（両端値を含む）の圧縮強度を有する、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記３２～４０項のいずれか１つの木材構造体。
【0102】
付記４２．
部分的に脱リグニン化された木材片の外面、内面、または外面および内面の両方にコーティングをさらに含む、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記３２～４１のいずれか１つの木材構造体。
部分的に脱リグニン化された木材片の外面、内面、または外面および内面の両方にコーティングをさらに含む、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記３２～４１のいずれか１つの木材構造体。
【0103】
付記４３．
コーティングが、１０ｎｍ～１０μｍの厚さを有する、本明細書のいずれかの項または例、特に付記４２の木材構造体。
コーティングが、１０ｎｍ～１０μｍの厚さを有する、本明細書のいずれかの項または例、特に付記４２の木材構造体。
【0104】
付記４４．
コーティングは、ナノ粒子、ナノワイヤ、グラフェン、グラファイト、セラミック酸化物、カーボンナノチューブ、ポリアニリン、カーボンブラック、還元酸化グラフェン、グラフェン、またはこれらの任意の組み合わせを含む、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記４２～４３のいずれか１つの木材構造体。
コーティングは、ナノ粒子、ナノワイヤ、グラフェン、グラファイト、セラミック酸化物、カーボンナノチューブ、ポリアニリン、カーボンブラック、還元酸化グラフェン、グラフェン、またはこれらの任意の組み合わせを含む、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記４２～４３のいずれか１つの木材構造体。
【0105】
付記４５．
コーティングが、疎水性材料、耐水性材料、耐候性材料、またはこれらの任意の組み合わせを含む、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記４２～４４のいずれか１つの木材構造体。
コーティングが、疎水性材料、耐水性材料、耐候性材料、またはこれらの任意の組み合わせを含む、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記４２～４４のいずれか１つの木材構造体。
【0106】
付記４６．
コーティングは、酸化マンガンポリスチレン（ＭｎＯ3／ＰＳ）ナノコンポジット、酸化亜鉛ポリスチレン（ＺｎＯ／ＰＳ）ナノコンポジット、沈降炭酸カルシウム、カーボンナノチューブ構造体、シリカナノコーティング、フッ素化シラン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリジメチルシロキサン、ポリエステル、ポリウレタン、アクリル、エポキシ、またはこれらの任意の組み合わせを含む、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記４２～４５のいずれか１つの木材構造体。
コーティングは、酸化マンガンポリスチレン（ＭｎＯ3／ＰＳ）ナノコンポジット、酸化亜鉛ポリスチレン（ＺｎＯ／ＰＳ）ナノコンポジット、沈降炭酸カルシウム、カーボンナノチューブ構造体、シリカナノコーティング、フッ素化シラン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリジメチルシロキサン、ポリエステル、ポリウレタン、アクリル、エポキシ、またはこれらの任意の組み合わせを含む、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記４２～４５のいずれか１つの木材構造体。
【0107】
付記４７．
コーティングは、抗菌性の塩または金属粒子を含む、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記４２～４６のいずれか１つの木材構造体。
コーティングは、抗菌性の塩または金属粒子を含む、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記４２～４６のいずれか１つの木材構造体。
【0108】
付記４８．
コーティングは、塩化ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸ナトリウム、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム、硫酸銅、硝酸ナトリウム、炭酸ナトリウム、カルシウム、ケイ素、リン、銀ナノ粒子、酸化チタンナノ粒子、またはこれらの任意の組み合わせを含む、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記４２～４７のいずれか１つの木材構造体。
コーティングは、塩化ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸ナトリウム、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム、硫酸銅、硝酸ナトリウム、炭酸ナトリウム、カルシウム、ケイ素、リン、銀ナノ粒子、酸化チタンナノ粒子、またはこれらの任意の組み合わせを含む、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記４２～４７のいずれか１つの木材構造体。
【0109】
付記４９．
コーティングは、プラズモン金属ナノ粒子、触媒ナノ粒子、電気活性ナノ粒子、またはこれらの任意の組み合わせを含む、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記４２～４８のいずれか１つの木材構造体。
コーティングは、プラズモン金属ナノ粒子、触媒ナノ粒子、電気活性ナノ粒子、またはこれらの任意の組み合わせを含む、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記４２～４８のいずれか１つの木材構造体。
【0110】
付記５０．
部分的に脱リグニン化された木材片は、少なくとも５０％の多孔度を有する、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記３２～４９のいずれか１つの木材構造体。
部分的に脱リグニン化された木材片は、少なくとも５０％の多孔度を有する、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記３２～４９のいずれか１つの木材構造体。
【0111】
付記５１．
部分的に脱リグニン化された木材片の開口管腔内に配置されるか、または開口管腔を充填する天然または合成ポリマーをさらに含む、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記３２～４９のいずれか１つの木材構造体。
部分的に脱リグニン化された木材片の開口管腔内に配置されるか、または開口管腔を充填する天然または合成ポリマーをさらに含む、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記３２～４９のいずれか１つの木材構造体。
【0112】
付記５２．
部分的に脱リグニン化された木材片が、１０％以下の多孔率を有する、本明細書のいずれかの項または例、特に付記５１の木材構造体。
部分的に脱リグニン化された木材片が、１０％以下の多孔率を有する、本明細書のいずれかの項または例、特に付記５１の木材構造体。
【0113】
付記５３．
部分的に脱リグニン化された木材片の接線方向に沿った弾性率は、半径方向に沿った弾性率または長手方向に沿った弾性率よりも少なくとも１桁小さい、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記３２～５２のいずれか１つの木材構造体。
部分的に脱リグニン化された木材片の接線方向に沿った弾性率は、半径方向に沿った弾性率または長手方向に沿った弾性率よりも少なくとも１桁小さい、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記３２～５２のいずれか１つの木材構造体。
【0114】
付記５４．
部分的に脱リグニン化された木材片は、加えられた力が実質的に接線方向に沿って方向付けられるように配置される、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記３２～５３のいずれか１つの木材構造体。
部分的に脱リグニン化された木材片は、加えられた力が実質的に接線方向に沿って方向付けられるように配置される、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記３２～５３のいずれか１つの木材構造体。
【0115】
付記５５．
履物として形成される、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記３２～５４のいずれか１つの木材構造体。
履物として形成される、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記３２～５４のいずれか１つの木材構造体。
【0116】
付記５６．
木材片は、本質的に部分的に脱リグニン化された木材からなる、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記３２～５５のいずれか１つの木材構造体。
木材片は、本質的に部分的に脱リグニン化された木材からなる、本明細書のいずれかの項または例、特に、付記３２～５５のいずれか１つの木材構造体。
【0117】
結論
例えば、図３Ａ～７および付記１～５６に関して、本明細書で図示または説明される特徴のいずれかは、例えば、図３Ａ～７および付記１～５６に関して、本明細書で図示または説明される任意の他の特徴と組み合わせて、本明細書で図示または具体的に説明されない木材材料、システム、デバイス、構造、方法、および実施形態を提供することができる。本明細書に記載される全ての特徴は、互いに独立しており、構造的に不可能な場合を除いて、本明細書に記載される任意の他の特徴と組み合わせて使用することができる。開示された技術の原理が適用され得る多くの可能な実施形態を考慮すると、図示された実施形態は、例示にすぎず、開示された技術の範囲を限定するものとして解釈されるべきではないことが認識されるべきである。むしろ、範囲は、以下の特許請求の範囲によって定義される。したがって、本発明者らは、これらの特許請求の範囲の範囲および精神の範囲内に入るすべてを権利主張するものである。
例えば、図３Ａ～７および付記１～５６に関して、本明細書で図示または説明される特徴のいずれかは、例えば、図３Ａ～７および付記１～５６に関して、本明細書で図示または説明される任意の他の特徴と組み合わせて、本明細書で図示または具体的に説明されない木材材料、システム、デバイス、構造、方法、および実施形態を提供することができる。本明細書に記載される全ての特徴は、互いに独立しており、構造的に不可能な場合を除いて、本明細書に記載される任意の他の特徴と組み合わせて使用することができる。開示された技術の原理が適用され得る多くの可能な実施形態を考慮すると、図示された実施形態は、例示にすぎず、開示された技術の範囲を限定するものとして解釈されるべきではないことが認識されるべきである。むしろ、範囲は、以下の特許請求の範囲によって定義される。したがって、本発明者らは、これらの特許請求の範囲の範囲および精神の範囲内に入るすべてを権利主張するものである。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図2D】
【図2E】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図3D】
【図3E】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図6A】
【図6B】
【図7】
【国際調査報告】