Noul super lemn bate metalele în probe de rezistență

Înmuind lemnul într-un amestec de substanțe chimice și apoi comprimându-l și încălzindu-l, cercetătorii au creat un material care este mai rezistent decât oțelul, scrie Sid Perkins pentru Scientific American.

Cercetătorii în domeniul materialelor lucrează de zeci de ani – storcând lemnul, răcindu-l și trecându-l prin role , tratându-l cu amoniac sau abur – toate acestea în numele creării unui material puternic și rezistent, realizat dintr-o resursă relativ regenerabilă. Noul lemn este de trei ori mai dens decât lemnul natural și de 12 ori mai rezistent, raportează cercetătorii într-un nou studiu publicat în revista Nature.

„Lemnul moale, cum ar fi pinul sau balsa, care crește rapid și este mai prietenos cu mediul înconjurător, ar putea înlocui lemnul cu creștere mai lentă, dar mai dens, cum ar fi tecul, în mobilă sau în clădiri”, spune Liangbing Hu, cercetător în domeniul materialelor la Universitatea din Maryland, College Park și unul dintre autorii studiului, potrivit unui comunicat de presă.

Alte metode de „densificare” a lemnului produc un material care tinde să se extindă înapoi spre dimensiunea și forma sa inițială atunci când intervine umiditatea, spune Perkins. Noua abordare îmbunătățește lemnul într-un mod care este rezistent la umiditate, creând un rezultat final mai uniform dens.

„Acest tip de lemn ar putea fi folosit în mașini, avioane, clădiri – orice aplicație în care se folosește oțelul”, îi spune Hu lui David Grossman, care relatează pentru Popular Mechanics. Zgârie-norii viitorului ar putea fi construiți chiar și din lemn.

Procesul începe prin înmuierea lemnului într-o baie de hidroxid de sodiu și sulfat de sodiu. Aceste două substanțe chimice acționează împreună pentru a elimina parțial lignina și hemiceluloza, doi polimeri care fac pereții celulari ai plantelor să fie rigizi. În mod critic, substanțele chimice lasă o mare parte din celuloză, un al treilea polimer, intact. Pereții celulari ai lemnului devin mai puțin rigizi și mai poroși. Apoi, cercetătorul a presat lemnul în timp ce îl încălzea la aproximativ 100 de grade Celsius. Lemnul are multe canale naturale numite lumini care se desfășoară de-a lungul direcției de creștere. Aceste canale și pereții celulari se prăbușesc în timpul părții de încălzire și apăsare a procesului cercetătorilor și noi legături de hidrogen se formează între moleculele de celuloză, întărind materialul.

Rezultatul final, așa cum se vede la microscop, sunt straturi de lemn strâns lipite unele de altele, relatează cercetătorii în lucrarea lor. Materialul final are o grosime de aproximativ o cincime din cea inițială, dar o densitate de trei ori mai mare.

Cercetătorii au supus apoi lemnul lor densificat la o baterie de teste pentru a-i măsura proprietățile mecanice. Ei au testat capacitatea sa de a suporta o sarcină. I-au testat rigiditatea, rezistența la tracțiune (cât de bine rezistă la forțele de tracțiune) și cât de bine se poate îndoi. În general, rezultatul a fost o bucată de lemn dură și neîndemânatică. În cadrul unui test de umiditate, lemnul s-a umflat doar cu 8,4%, rămânând în același timp rezistent.

Au tras, de asemenea, un proiectil de oțel în lemn cu un pistol balistic cu aer comprimat. Cinci straturi de material împreună au oprit un glonț care se deplasa cu viteza cu care s-ar putea deplasa o mașină înainte de o coliziune, relatează Mark Zastrow pentru Nature.

Rezultatele au fost impresionante, dar nu suficient pentru a-i convinge pe unii experți. Zastrow a vorbit cu Fred Kamke de la Oregon State University, care nu a fost implicat în noua cercetare. Kamke a subliniat că 24 de straturi de lemn de plop densificat au fost capabile să oprească un glonț de 9 mm tras cu viteză de la 25 de picioare fără a fi nevoie de un tratament chimic. „Aceste alte metode sunt probabil mult mai puțin costisitoare decât o fierbere de șapte ore într-o soluție caustică”, spune el.

Dar Hu și colegii săi merg mai departe cu „super lemnul” lor, relatează Stu Borman pentru Chemical & Engineering News. O companie derivată numită Inventwood speră să comercializeze tehnologia și să vadă un viitor de vehicule, avioane, containere de transport maritim, podele, armuri și multe altele construite cu lemn fiert, tratat și comprimat care este mai puternic decât oțelul.

.