Сверхпрочная древесина

Группа ученых из UMD (Университет штата Мэриленд) получили технологию для получения очень крепкой древесины, которая может использовать в таких местах, где раньше это было просто невозможно, потому что использовали только тяжелые металлы и сплавы.

Сама технология оказалась достаточно простой – деревянную древесину перед использованием обрабатывают в растворе гидроксида и сульфата натрия при 100 градусах Цельсия, то есть при температуре кипения воды.

Эти химикаты высвобождают лигнин и гемицеллюлозу, которые отвечают за структуру и прочность деревины. После такой химической обработки деревянный блок зажимается между двумя пластинами, которые ранее нагреты до 100 градусов Цельсия, при этом давление в 5 мегапаскалей, а это в 50 раз больше нормального атмосферного давления. В ходе такого прессования происходит разрушение клеточных стенок, а внутри материала образуются высокоуровневые нановолокна целлюлозы.

Лигнин — вещество, характеризующее одеревеневшие стенки растительных клеток. Сложное полимерное соединение, содержащееся в клетках сосудистых растений и некоторых водорослях.

После такой обработки обьем дерева сокращается на 20 процентов от своего первоначального обьема, а плотность полученного материала в три раза больше, чем была ранее. На выходе получается плотное дерево с абсолютно другими физическими свойствами, в три раза плотнее натуральной древесины и в 11,5 раз прочнее.

Просканировав полученный материал при помощи электронного микроскопа показало, что при сдавливании уничтожаются целлюлозные трубочки, которые сжимаются и переплетаются вместе. «Вы получаете нановолокна, размещенные вдоль оси роста дерева, сцепленные между собой», — заявил один из участников исследования.

Этот материал выдерживает достаточно большие нагрузки, такие же, как сталь, но в свою очередь оно намного легче стали.

Для тестирования мощности такого уплотненного дерева, разработчики стреляли стальными 46-граммовыми пулями из пневматического оружия. В случае необработанного дерева – пули проходили насквозь, а вот в уплотненном дереве они либо отскакивали, либо застревали.

Выбранные химические элементы не особо вредные для окружающей среды. Достаточно хорошим плюсом в такой обработке есть то, что такому уплотнению поддается фактически любая древесина – от самой крепкой до самой легкой.

Разработчики считают, что полученные материал может достойно заменить сталь там, где нужна прочность, но мешает вес. Это и в строительстве, также и в строительстве транспортных узлов.

Некоторые эксперты говорят о том, что авторы этой разработки усложняют жизнь. Фред Камке из Университета штата Орегон в Корваллисе говорит, что можно просто обработать дерево высокой температурой, парой и давлением и на выходе получить более прочный материал, чем исходный.

Микаэела Идер, исследователь из Института Макса Планка говорит о том, что уплотнение дерева само по себе упрочняет дерево, хотя не изучено каким образом переплетаются нановолокна при этом. Сами авторы разработки уверяют, что их методика позволяет многократно улучшить прочность дерева. Многие коллеги согласны с этим и говорят о том, что у нового материала есть будущее в качестве прочных строительных материалов из дерева.

Ху Лянбинг, научный сотрудник из Университета штата Мэриленд в College Park, который был частью команды, говорит, что основной вывод его исследования заключается в том, что удаление правильного количества лигнина является ключом к максимизации производительности.

Результаты разработки опубликованны в начале февраля в Nature.

Комментарии:

No Comments

Post a Comment