Został opracowany nowy super-materiał, który jest mocniejszy niż stal, ale tańszy i przyjazny dla środowiska. Może to być ważny krok w kierunku budowania bardziej zrównoważonych budynków i pojazdów – twierdzą naukowcy z University of Maryland.
W swojej naturalnej postaci drewno zawiera polimery zwane ligniną i hemicelulozą, które nadają mu sztywność. Proces opracowany przez zespół częściowo usuwa ligninę i hemicelulozę, ale pozostawia celulozę nienaruszoną.
Twardość
Drewno jest jednym z najtwardszych materiałów znanych człowiekowi. Oprócz twardości charakteryzuje się także wytrzymałością i odpornością. Choć stal ma wiele zalet jako materiał konstrukcyjny, jest ciężka i ma negatywny wpływ na środowisko. Proces jej produkcji jest kosztowny i skomplikowany.
W przeciwieństwie do tego, zespół z Uniwersytetu w Maryland opracował proces przekształcania drewna w coś, co jest tak mocne jak stop tytanu. Proces polega na usunięciu ligniny z drewna, a następnie ściśnięciu go w łagodnym cieple, co powoduje, że włókna celulozy są tak ciasno upakowane, że tworzą silne wiązania wodorowe.
Odkryli, że to nowe zagęszczone drewno jest ponad 11 razy twardsze niż naturalne drewno basowe. Można z niego wyostrzyć noże, które są trzy razy ostrzejsze niż dostępne na rynku noże stalowe.
Gęstość
Gęstość jest jedną z kluczowych właściwości określających wytrzymałość drewna. Ma na nią wpływ wiele czynników, w tym temperatura i czas obciążenia.
Wilgotność drewna jest również ważnym czynnikiem. Wpływa na wytrzymałość, stabilność wymiarową i odporność na gnicie, owady i procesy obróbki.
Po osiągnięciu punktu nasycenia włókien drewno nie może już wchłaniać wody przez swoje pory i zamiast tego zatrzymuje ją w ścianach komórkowych i pustych przestrzeniach. Zjawisko to nazywane jest higroskopijnością i może mieć poważne konsekwencje.
Naukowcy opracowali sposób zagęszczania drewna, który poprawia jego ogólną wytrzymałość właściwą poprzez upakowanie włókien celulozowych tak ściśle, że tworzą one silne wiązania wodorowe. Słabe punkty, takie jak dziury i sęki, są również eliminowane.
Trwałość
Drewno ma długą historię wytrzymałości. To naturalny materiał, który jest często używany do budowy konstrukcji, ponieważ może wytrzymać stres związany z długotrwałym użytkowaniem bez pęknięć i uszkodzeń.
Nie może jednak konkurować ze stalą, która jest bardziej odporna i mocniejsza niż jakiekolwiek drewno. Naukowcy z USA stworzyli nowy materiał, który jest trzy razy gęstszy i 10 razy mocniejszy od zwykłego drewna i mógłby zastąpić stal w każdym zastosowaniu budowlanym. Technika wykorzystuje tylko kilka substancji chemicznych, ciepło i ciśnienie, aby uczynić drewno „supermocnym”, mówi główny autor Liangbing Hu z University of Maryland.
Nowy materiał powstał poprzez częściowe usunięcie naturalnego polimeru zwanego ligniną, który usztywnia drewno i tworzy jego brązowy odcień. Zespół nasycił pozbawione ligniny drewno polimerem, który nadaje mu twardość podobną do stali, znanej ze swojej wytrzymałości i trwałości.
Zrównoważony rozwój
Drewno jest uważane za jeden z najbardziej przyjaznych środowisku i zrównoważonych materiałów budowlanych. Dzieje się tak dlatego, że może być pozyskiwane w odpowiedzialny sposób, który zapobiega niszczeniu lasów i emisji dwutlenku węgla związanej z gospodarką leśną.
Drewno może być również przetwarzane tak, aby było tak twarde jak stal, co czyni je potencjalną alternatywą dla wszystkiego, co może być użyte w samochodach i samolotach, a także w gwoździach i nożach. Podczas tego procesu drewno jest poddawane działaniu wodorotlenku sodu i siarczynu sodu, aby częściowo usunąć ligninę i hemicelulozę, dwa polimery, które usztywniają ściany komórkowe drzewa, ale pozostawiają celulozę nienaruszoną.
Ten proces może stworzyć materiał, który jest 23 razy twardszy niż oryginalne drewno, co jest spowodowane wzmocnionym wiązaniem wodorowym pomiędzy gęsto upakowanymi włóknami celulozy. Zespół ma nadzieję rozwinąć tę metodę przetwarzania drewna na wiele różnych materiałów do różnych zastosowań.
