Nowe superdrewno bije metale w wyczynach wytrzymałościowych

Przez moczenie drewna w mieszaninie chemikaliów, a następnie ściskanie i podgrzewanie go, naukowcy stworzyli materiał, który jest mocniejszy niż stal, pisze Sid Perkins dla Scientific American.

Materiałoznawcy pracują od dziesięcioleci – ściskając drewno, chłodząc je i przepuszczając przez walce, poddając działaniu amoniaku lub pary – wszystko w imię stworzenia mocnego, wytrzymałego materiału wykonanego ze stosunkowo odnawialnego zasobu. Nowe drewno jest trzy razy gęstsze niż drewno naturalne i 12 razy mocniejsze, donoszą naukowcy w nowym badaniu opublikowanym w czasopiśmie Nature.

„Miękkie drewno, takie jak sosna lub balsa, które rośnie szybko i jest bardziej przyjazne dla środowiska, mogłoby zastąpić wolniej rosnące, ale gęstsze drewno, takie jak teak, w meblach lub budynkach”, mówi Liangbing Hu, naukowiec zajmujący się materiałami na Uniwersytecie Maryland w College Park i jeden z autorów badania, zgodnie z komunikatem prasowym.

Inne metody „zagęszczania” drewna wytwarzają materiał, który ma tendencję do rozszerzania się z powrotem w kierunku jego pierwotnego rozmiaru i kształtu, gdy uderza wilgoć, mówi Perkins. Nowe podejście wzmacnia drewno w sposób, który jest odporny na wilgoć poprzez tworzenie bardziej jednolitego gęstego wyniku końcowego.

„Ten rodzaj drewna może być stosowany w samochodach, samolotach, budynkach – w każdym zastosowaniu, w którym używana jest stal”, Hu mówi David Grossman, raportując dla Popular Mechanics. Drapacze chmur przyszłości mogłyby być nawet zbudowane z drewna.

Proces rozpoczyna się od moczenia drewna w kąpieli wodorotlenku sodu i siarczanu sodu. Te dwa związki chemiczne działają razem, aby częściowo usunąć ligninę i hemicelulozę, dwa polimery, które sprawiają, że ściany komórkowe roślin są sztywne. Co ważne, chemikalia te pozostawiają nienaruszoną znaczną część celulozy, trzeciego polimeru. Ściany komórkowe drewna stają się mniej sztywne i bardziej porowate. Następnie naukowcy sprasowali drewno, podgrzewając je do temperatury około 100 stopni Celsjusza. Drewno posiada wiele naturalnych kanałów zwanych lumina, które biegną wzdłuż kierunku wzrostu. Te kanały i ściany komórkowe załamują się podczas ogrzewania i ściskania części procesu naukowców, a nowe wiązania wodorowe tworzą się między cząsteczkami celulozy, hartując materiał.

Wynikiem końcowym, widocznym pod mikroskopem, są warstwy drewna upakowane blisko siebie, donoszą naukowcy w swojej pracy. Końcowy materiał jest o jedną piątą grubszy od swojego oryginalnego rozmiaru, ale ma trzy razy większą gęstość.

Badacze poddali następnie zagęszczone drewno serii testów, aby zmierzyć jego właściwości mechaniczne. Przetestowali jego zdolność do wytrzymania obciążenia. Sprawdzili jego sztywność, wytrzymałość na rozciąganie (jak dobrze trzyma się sił ciągnących) i jak dobrze może się zginać. Ogólnie rzecz biorąc, rezultatem był szorstki i burzliwy kawałek drewna. W teście wilgotności, drewno napęczniało tylko o 8,4 procent, zachowując przy tym swoją wytrzymałość.

Wystrzelili również stalowy pocisk w drewno za pomocą balistycznego pistoletu pneumatycznego. Pięć warstw materiału razem zatrzymało pocisk poruszający się z prędkością, z jaką samochód może być przed kolizją, donosi Mark Zastrow dla Nature.

Wyniki były imponujące, ale nie na tyle, 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 pędzący pocisk 9mm wystrzelony na 25 stóp bez konieczności stosowania obróbki chemicznej. „Te inne metody są prawdopodobnie znacznie mniej kosztowne niż siedmiogodzinne gotowanie w roztworze żrącym” – mówi.

Ale Hu i jego koledzy idą do przodu z ich „super drewna”, raporty Stu Borman dla Chemical & Engineering News. Firma spin-off o nazwie Inventwood ma nadzieję na wprowadzenie technologii na rynek i zobaczyć przyszłość pojazdów, samolotów, kontenerów transportowych, podłóg, zbrojeń i więcej zbudowany z gotowane, traktowane i skompresowane drewno, które jest silniejsze niż stal.

.