Poprzez zanurzenie drewna w mieszaninie chemikaliów, a następnie sprasowanie go i podgrzanie, naukowcy stworzyli materiał, który jest mocniejszy niż stal, pisze Sid Perkins dla Scientific American .
powiązana zawartość
- Podobnie jak skóra ośmiornicy, ten nowy materiał przechodzi z 2D do 3D w kilka sekund
- Czy grzyb jest materiałem przyszłości?
Naukowcy zajmujący się materiałami pracują od dziesięcioleci - ściskanie drewna, chłodzenie i przepuszczanie go przez rolki, obróbka amoniakiem lub parą - wszystko w imię stworzenia mocnego, twardego materiału wykonanego ze stosunkowo odnawialnych zasobów. Nowe drewno jest trzy razy gęstsze niż drewno naturalne i 12 razy mocniejsze, badacze informują w nowym badaniu opublikowanym w czasopiśmie Nature .
„Miękkie drewno, takie jak sosna lub balsa, które szybko rosną i są bardziej przyjazne dla środowiska, mogą zastąpić wolniej rosnące, ale gęstsze lasy, takie jak teak, w meblach lub budynkach”, mówi Liangbing Hu, naukowiec z University of Maryland, College Park i jeden z autorów badania, zgodnie z komunikatem prasowym.
Inne metody „zagęszczania” drewna wytwarzają materiał, który ma tendencję do rozszerzania się do pierwotnego rozmiaru i kształtu, gdy uderza wilgoć, mówi Perkins. Nowe podejście uszlachetnia drewno w sposób odporny na wilgoć, tworząc bardziej jednolicie zwarty efekt końcowy.
„Tego rodzaju drewno może być stosowane w samochodach, samolotach, budynkach - w każdym zastosowaniu, w którym stosuje się stal”, mówi Hu, David Grossman, reporter z Popular Mechanics . Wieżowce przyszłości można nawet budować z drewna.
Proces rozpoczyna się od namoczenia drewna w kąpieli wodorotlenku sodu i siarczanu sodu. Te dwie substancje chemiczne współpracują ze sobą w celu częściowego usunięcia ligniny i hemicelulozy, dwóch polimerów, które usztywniają ściany komórkowe roślin. Krytycznie chemikalia pozostawiają nienaruszoną większość celulozy, trzeciego polimeru. Drewniane ściany komórkowe stają się mniej sztywne i bardziej porowate. Następnie badacz prasował drewno, podgrzewając je do około 100 stopni Celsjusza. Drewno ma wiele naturalnych kanałów zwanych luminą, które biegną wzdłuż kierunku wzrostu. Te kanały i ściany komórkowe zapadają się podczas części procesu wyciskania i zgniatania, a między cząsteczkami celulozy tworzą się nowe wiązania wodorowe, wzmacniając materiał.
Naukowcy podają w swoim artykule, że efekt końcowy, widziany pod mikroskopem, to warstwy drewna upakowane blisko siebie. Końcowy materiał ma około jednej piątej grubości w stosunku do swojego pierwotnego rozmiaru, ale trzykrotnie więcej niż gęstość.
Następnie badacze poddali swoje zagęszczone drewno testowi baterii w celu zmierzenia jego właściwości mechanicznych. Przetestowali jego zdolność do wytrzymania obciążenia. Przetestowali jego sztywność, wytrzymałość na rozciąganie (jak dobrze wytrzymuje siły ciągnące) i jak dobrze może się zginać. Ogólnie rzecz biorąc, wynikiem był jeden szorstki i przewracający się kawałek drewna. W teście wilgotności drewno pęczniało tylko o 8, 4 procent, ale nadal było twarde.
Wystrzelili także stalowy pocisk w drewno za pomocą balistycznego pistoletu pneumatycznego. Pięć warstw materiału zatrzymało ślimak poruszający się z prędkością, jaką może być samochód przed zderzeniem, informuje Mark Zastrow for Nature .
Wyniki były imponujące, ale niewystarczające, aby przekonać niektórych ekspertów. Zastrow rozmawiał z Fredem Kamke z Oregon State University, który nie był zaangażowany w nowe badania. Kamke zwrócił uwagę, że 24 warstwy zagęszczonego drewna topoli były w stanie zatrzymać pocisk o prędkości 9 mm wystrzelony z odległości 25 stóp bez konieczności chemicznej obróbki. „Te inne metody są prawdopodobnie znacznie tańsze niż siedmiogodzinne gotowanie w żrącym roztworze”, mówi.
Ale Hu i jego koledzy idą naprzód ze swoim „super drewnem”, donosi Stu Borman dla magazynu Chemical & Engineering News . Firma spin-off o nazwie Inventwood ma nadzieję sprzedać technologię i zobaczyć przyszłość pojazdów, samolotów, kontenerów transportowych, podłóg, zbroi i innych konstrukcji z gotowanego, poddanego obróbce i ściśniętego drewna, które jest mocniejsze niż stal.
