Nuovo super legno batte i metalli in prove di forza

Mettendo a bagno il legno in un mix di sostanze chimiche e poi comprimendolo e riscaldandolo, i ricercatori hanno creato un materiale che è più forte dell’acciaio, scrive Sid Perkins per Scientific American.

Gli scienziati dei materiali hanno lavorato per decenni – spremendo il legno, raffreddandolo e facendolo passare attraverso rulli, trattandolo con ammoniaca o vapore – tutto in nome della creazione di un materiale forte e resistente fatto da una risorsa relativamente rinnovabile. Il nuovo legno è tre volte più denso del legno naturale e 12 volte più forte, riferiscono i ricercatori in un nuovo studio pubblicato sulla rivista Nature.

“Legni morbidi come il pino o la balsa, che crescono velocemente e sono più ecologici, potrebbero sostituire legni più lenti ma più densi come il teak, in mobili o edifici”, dice Liangbing Hu, scienziato dei materiali presso l’Università del Maryland, College Park e uno degli autori dello studio, secondo un comunicato stampa.

Altri metodi di “densificazione” del legno producono materiale che tende ad espandersi di nuovo verso la sua dimensione e forma originale quando l’umidità colpisce, dice Perkins. Il nuovo approccio migliora il legno in un modo che è resistente all’umidità creando un risultato finale più uniformemente denso.

“Questo tipo di legno potrebbe essere utilizzato in auto, aerei, edifici – qualsiasi applicazione in cui viene utilizzato l’acciaio”, dice Hu a David Grossman, riportando per Popular Mechanics. I grattacieli del futuro potrebbero anche essere costruiti in legno.

Il processo inizia immergendo il legno in un bagno di idrossido di sodio e solfato di sodio. Queste due sostanze chimiche lavorano insieme per rimuovere parzialmente la lignina e l’emicellulosa, due polimeri che rendono rigide le pareti cellulari delle piante. Criticamente, le sostanze chimiche lasciano intatta gran parte della cellulosa, un terzo polimero. Le pareti cellulari del legno diventano meno rigide e più porose. Successivamente, il ricercatore ha pressato il legno riscaldandolo a circa 100 gradi Celsius. Il legno ha molti canali naturali chiamati lumina che corrono lungo la direzione della crescita. Questi canali e le pareti cellulari collassano durante la parte di calore e compressione del processo dei ricercatori e nuovi legami idrogeno si formano tra le molecole di cellulosa, rendendo più duro il materiale. Il risultato finale, come si vede al microscopio, sono strati di legno imballati strettamente insieme, riferiscono i ricercatori nel loro documento. Il materiale finale è circa un quinto dello spessore della sua dimensione originale ma tre volte la densità.

I ricercatori hanno poi sottoposto il loro legno densificato a una batteria di test per misurare le sue proprietà meccaniche. Hanno testato la sua capacità di sopportare un carico. Hanno testato la sua rigidità, la sua resistenza alla trazione (quanto bene regge alle forze di trazione), e quanto bene può flettere. Complessivamente, il risultato è stato un pezzo di legno ruvido e difficile. In un test di umidità, il legno si è gonfiato solo dell’8,4% circa, rimanendo comunque resistente.

Hanno anche sparato un proiettile d’acciaio contro il legno con una pistola ad aria compressa balistica. Cinque strati del materiale insieme hanno fermato un proiettile che si muoveva alla velocità che potrebbe avere un’auto prima di una collisione, riferisce Mark Zastrow per Nature.

I risultati sono stati impressionanti, ma non abbastanza per convincere alcuni esperti. Zastrow ha parlato con Fred Kamke della Oregon State University che non è stato coinvolto nella nuova ricerca. Kamke ha sottolineato che 24 strati di legno di pioppo densificato sono stati in grado di fermare un proiettile da 9mm sparato a 25 piedi senza richiedere un trattamento chimico. “Questi altri metodi sono probabilmente molto meno costosi di una bollitura di sette ore in una soluzione caustica”, dice.

Ma Hu e i suoi colleghi stanno andando avanti con il loro “super legno”, riferisce Stu Borman per Chemical & Engineering News. Una società spin-off chiamata Inventwood spera di commercializzare la tecnologia e vedere un futuro di veicoli, aerei, contenitori di spedizione, pavimenti, armature e altro ancora costruito con legno bollito, trattato e compresso che è più forte dell’acciaio.