New Super Wood Beats Metals in Feats of Strength

A fát vegyi anyagok keverékében áztatva, majd összenyomva és felmelegítve a kutatók olyan anyagot hoztak létre, amely erősebb, mint az acél, írja Sid Perkins a Scientific American számára.

Az anyagtudósok évtizedek óta dolgoznak – fa préselésével, hűtésével és hengereken való átvezetésével , ammóniával vagy gőzzel való kezelésével – mindezt annak érdekében, hogy egy erős, szívós anyagot hozzanak létre egy viszonylag megújuló erőforrásból. Az új fa háromszor olyan sűrű, mint a természetes fa és 12-szer erősebb, jelentik a kutatók a Nature folyóiratban megjelent új tanulmányukban.

“Az olyan puhafák, mint a fenyő vagy a balsa, amelyek gyorsan nőnek és környezetbarátabbak, helyettesíthetik a lassabban növő, de sűrűbb fákat, mint a teak, a bútorokban vagy épületekben” – mondja Liangbing Hu, a University of Maryland, College Park anyagtudósa és a tanulmány egyik szerzője a sajtóközlemény szerint.

A fa “sűrítésének” más módszerei olyan anyagot állítanak elő, amely a nedvesség hatására hajlamos visszatágulni eredeti mérete és alakja felé, mondja Perkins. Az új megközelítés úgy fokozza a fát, hogy az egyenletesebb sűrűségű végeredményt létrehozva ellenáll a nedvességnek.

“Ez a fajta fa felhasználható lenne autókban, repülőgépekben, épületekben – minden olyan alkalmazásban, ahol acélt használnak” – mondja Hu David Grossmannak, a Popular Mechanics riporterének. A jövő felhőkarcolói akár fából is épülhetnének.

A folyamat a fa nátrium-hidroxidból és nátrium-szulfátból álló fürdőben való áztatásával kezdődik. Ez a két vegyi anyag együttesen részben eltávolítja a lignint és a hemicellulózt, két olyan polimert, amelyek a növények sejtfalát merevvé teszik. Kritikus, hogy a vegyszerek a cellulóz, egy harmadik polimer nagy részét érintetlenül hagyják. A fa sejtfalai kevésbé merevek és porózusabbak lesznek. Ezután a kutató összepréselte a fát, miközben körülbelül 100 Celsius-fokra hevítette. A fának számos természetes csatornája, úgynevezett lumina van, amelyek a növekedés irányában futnak. Ezek a csatornák és a sejtfalak a kutatók eljárásának hő- és préselési része során összeomlanak, és új hidrogénkötések alakulnak ki a cellulózmolekulák között, ami megkeményíti az anyagot.

A mikroszkóp alatt látható végeredményt a kutatók tanulmányukban közölték: a fa rétegek szorosan egymás mellé tömörülnek. A végső anyag vastagsága körülbelül ötöde az eredetinek, de sűrűsége háromszorosa.

A kutatók ezután a sűrített fát egy sor vizsgálatnak vetették alá, hogy megmérjék mechanikai tulajdonságait. Megvizsgálták a teherbíró képességét. Vizsgálták a merevségét, a szakítószilárdságát (mennyire bírja a húzóerőket), és mennyire tud hajlítani. Összességében az eredmény egy durva és zord fadarab lett. A nedvességteszt során a fa csak körülbelül 8,4 százalékkal duzzadt meg, miközben továbbra is szívós maradt.

Egy acéllövedéket is kilőttek a fára egy ballisztikus légpisztollyal. Az anyag öt rétege együttesen megállította a lövedéket, amely olyan sebességgel mozgott, mint egy autó az ütközés előtt – írja Mark Zastrow a Nature számára.

Az eredmények lenyűgözőek voltak, de nem eléggé ahhoz, hogy meggyőzzenek néhány szakértőt. Zastrow beszélt Fred Kamke-val az Oregoni Állami Egyetemről, aki nem vett részt az új kutatásban. Kamke rámutatott, hogy 24 réteg sűrített nyárfa képes volt megállítani egy 25 láb magasról kilőtt, száguldó 9 mm-es golyót anélkül, hogy kémiai kezelésre lett volna szükség. “Ezek az egyéb módszerek valószínűleg sokkal olcsóbbak, mint a hétórás lúgos oldatban való forralás” – mondta.

De Hu és kollégái továbblépnek a “szuperfával”, írja Stu Borman a Chemical & Engineering News számára. Az Inventwood nevű spin-off cég reméli, hogy piacra dobja a technológiát, és a jövőben olyan járműveket, repülőgépeket, hajózási konténereket, padlóburkolatokat, páncélzatokat és egyebeket láthatunk, amelyek főzött, kezelt és tömörített fából készülnek, ami erősebb, mint az acél.