New Super Wood Beats Metals in Feats of Strength

Tutkijat ovat luoneet terästä vahvemman materiaalin liottamalla puuta kemikaalisekoituksessa, puristamalla ja kuumentamalla sitä, kirjoittaa Sid Perkins Scientific Americanissa.

Materiaalitutkijat ovat työskennelleet vuosikymmeniä – puristaneet puuta, jäähdyttäneet ja kuljettaneet sitä rullien läpi , käsitelleet sitä ammoniakilla tai höyryllä – kaikki sen nimissä, että saisivat luotua vahvan ja sitkeän materiaalin suhteellisen uusiutuvasta luonnonvarasta. Uusi puu on kolme kertaa tiheämpää kuin luonnonpuu ja 12 kertaa vahvempaa, tutkijat raportoivat Nature-lehdessä julkaistussa uudessa tutkimuksessa.

”Pehmeät puut, kuten mänty tai balsa, jotka kasvavat nopeasti ja ovat ympäristöystävällisempiä, voisivat korvata huonekaluissa tai rakennuksissa hitaammin kasvavia mutta tiheämpiä puulajeja, kuten tiikkipuita”, sanoo Marylandin yliopiston College Parkin yliopiston materiaalitutkimuksen tutkija Liangbing Hu, yksi tutkimuksen kirjoittajista, tiedotteen mukaan.

Muut puun ”tiivistämismenetelmät” tuottavat materiaalia, jolla on taipumus laajentua takaisin alkuperäiseen kokoonsa ja muotoonsa, kun kosteus iskee, kertoo Perkins. Uusi lähestymistapa parantaa puuta kosteutta kestävällä tavalla luomalla tasaisemman tiheän lopputuloksen.

”Tällaista puuta voitaisiin käyttää autoissa, lentokoneissa, rakennuksissa – missä tahansa sovelluksessa, jossa käytetään terästä”, Hu kertoo Popular Mechanics -lehden toimittaja David Grossman. Tulevaisuuden pilvenpiirtäjätkin voitaisiin rakentaa puusta.

Prosessi alkaa liottamalla puuta natriumhydroksidin ja natriumsulfaatin kylpyammeessa. Nämä kaksi kemikaalia poistavat yhdessä osittain ligniinin ja hemiselluloosan, kaksi polymeeriä, jotka tekevät kasvien soluseinistä jäykkiä. Tärkeää on, että kemikaalit jättävät suuren osan selluloosasta, kolmannesta polymeeristä, koskemattomaksi. Puun soluseinät muuttuvat vähemmän jäykiksi ja huokoisemmiksi. Seuraavaksi tutkija puristi puuta kuumentaen sitä noin 100 celsiusasteeseen. Puussa on monia luontaisia kanavia, joita kutsutaan lumiinoiksi ja jotka kulkevat kasvusuunnassa. Nämä kanavat ja soluseinät romahtavat tutkijoiden prosessin kuumennus- ja puristusosuuden aikana, ja selluloosamolekyylien välille muodostuu uusia vetysidoksia, jotka kovettavat materiaalia.

Lopputulos on mikroskoopilla tarkasteltuna tiiviisti toisiinsa pakkautuneita puukerroksia, tutkijat raportoivat artikkelissaan. Lopullisen materiaalin paksuus on noin viidenneksen alkuperäisestä, mutta tiheys on kolminkertainen.

Tutkijat tekivät sitten tiivistettyyn puuhunsa useita testejä sen mekaanisten ominaisuuksien mittaamiseksi. He testasivat sen kykyä kantaa kuormaa. He testasivat sen jäykkyyttä, vetolujuutta (kuinka hyvin se kestää vetovoimia) ja kuinka hyvin se pystyy taipumaan. Kaiken kaikkiaan lopputulos oli karkea ja kova pala puuta. Kosteustestissä puu turposi vain noin 8,4 prosenttia, mutta pysyi silti sitkeänä.

Puuta ammuttiin myös teräsammuksella ballistisella ilmakiväärillä. Viisi kerrosta materiaalia yhdessä pysäyttivät luodin, joka liikkui nopeudella, jolla auto saattaisi liikkua ennen törmäystä, raportoi Mark Zastrow Nature-lehdessä.

Tulokset olivat vaikuttavia, mutta eivät tarpeeksi vakuuttamaan joitakin asiantuntijoita. Zastrow puhui Oregonin osavaltionyliopiston Fred Kamken kanssa, joka ei ollut mukana uudessa tutkimuksessa. Kamke huomautti, että 24 kerrosta tiivistettyä poppelipuuta pystyi pysäyttämään 9 mm:n luodin, joka ammuttiin 15 metrin päästä, ilman kemiallista käsittelyä. ”Nämä muut menetelmät ovat luultavasti paljon halvempia kuin seitsemän tunnin keittäminen syövyttävässä liuoksessa”, hän sanoo.

Mutta Hu ja hänen kollegansa etenevät eteenpäin ”superpuunsa” kanssa, kertoo Stu Borman Chemical & Engineering News -lehdessä. Inventwood-niminen spin-off-yritys toivoo voivansa markkinoida teknologiaa ja nähdä tulevaisuudessa ajoneuvoja, lentokoneita, laivakontteja, lattianpäällysteitä, panssareita ja paljon muuta, joka on rakennettu keitetystä, käsitellystä ja puristetusta puusta, joka on terästä vahvempaa.