Nové superdřevo překonává kovy v pevnosti

Namočením dřeva do směsi chemikálií a jeho následným stlačením a zahřátím vytvořili vědci materiál, který je pevnější než ocel, píše Sid Perkins pro Scientific American.

Vědci zabývající se materiály pracují již desítky let – stlačují dřevo, ochlazují ho a prohánějí přes válce , ošetřují ho čpavkem nebo párou – to vše ve jménu vytvoření pevného a houževnatého materiálu z relativně obnovitelného zdroje. Nové dřevo je třikrát hustší než přírodní dřevo a dvanáctkrát pevnější, uvádějí vědci v nové studii zveřejněné v časopise Nature.

„Měkké dřevo, jako je borovice nebo balsa, které rychle roste a je šetrnější k životnímu prostředí, by mohlo v nábytku nebo budovách nahradit pomaleji rostoucí, ale hustší dřevo, jako je teak,“ říká Liangbing Hu, materiálový vědec z University of Maryland, College Park a jeden z autorů studie, podle tiskové zprávy.

Jiné metody „zhušťování“ dřeva vytvářejí materiál, který má tendenci se při působení vlhkosti rozpínat zpět ke své původní velikosti a tvaru, říká Perkins. Nový přístup vylepšuje dřevo způsobem, který je odolný vůči vlhkosti tím, že vytváří rovnoměrněji hustý konečný výsledek.

„Tento druh dřeva by se mohl používat v automobilech, letadlech, budovách – v jakémkoli použití, kde se používá ocel,“ říká Hu David Grossman, reportér časopisu Popular Mechanics. Ze dřeva by se mohly stavět i mrakodrapy budoucnosti.

Proces začíná namáčením dřeva v lázni hydroxidu sodného a síranu sodného. Tyto dvě chemikálie společně částečně odstraní lignin a hemicelulózu, dva polymery, díky nimž jsou buněčné stěny rostlin pevné. Důležité je, že chemikálie ponechávají velkou část celulózy, třetího polymeru, neporušenou. Buněčné stěny dřeva jsou méně pevné a více porézní. Poté výzkumník dřevo stlačil a zároveň zahřál na teplotu přibližně 100 stupňů Celsia. Dřevo má mnoho přirozených kanálků zvaných lumina, které probíhají podél směru růstu. Tyto kanálky a buněčné stěny se během tepelné a stlačovací části procesu výzkumníků zhroutí a mezi molekulami celulózy se vytvoří nové vodíkové vazby, čímž se materiál zpevní.

Konečným výsledkem, jak je vidět pod mikroskopem, jsou vrstvy dřeva nabalené těsně na sebe, uvádějí výzkumníci ve svém článku. Výsledný materiál má asi pětinovou tloušťku oproti původnímu rozměru, ale třikrát větší hustotu.

Výzkumníci poté podrobili své zhuštěné dřevo řadě testů, aby změřili jeho mechanické vlastnosti. Testovali jeho schopnost snášet zatížení. Zkoušeli jeho tuhost, pevnost v tahu (jak dobře odolává tahovým silám) a jak dobře se dokáže ohýbat. Celkově byl výsledkem drsný a neohrabaný kus dřeva. Při testu vlhkosti dřevo nabobtnalo jen asi o 8,4 %, přičemž zůstalo stále houževnaté.

Na dřevo také vystřelili ocelový projektil pomocí balistické vzduchové pistole. Pět vrstev materiálu dohromady zastavilo kulku pohybující se rychlostí, jakou by se mohlo pohybovat auto před srážkou, uvádí Mark Zastrow pro Nature.

Výsledky byly působivé, ale ne dost na to, aby přesvědčily některé odborníky. Zastrow hovořil s Fredem Kamkem z Oregonské státní univerzity, který se na novém výzkumu nepodílel. Kamke poukázal na to, že 24 vrstev zhuštěného topolového dřeva dokázalo zastavit rychlou 9mm kulku vystřelenou na vzdálenost 25 stop, aniž by bylo nutné chemické ošetření. „Tyto další metody jsou pravděpodobně mnohem levnější než sedmihodinové vaření v žíravém roztoku,“ říká.

Hu a jeho kolegové však se svým „superdřevem“ pokračují dál, píše Stu Borman pro Chemical & Engineering News. Odštěpná společnost s názvem Inventwood doufá, že tuto technologii uvede na trh a v budoucnu se dočká vozidel, letadel, přepravních kontejnerů, podlahových krytin, brnění a dalších materiálů postavených z vařeného, ošetřeného a stlačeného dřeva, které je pevnější než ocel.