Прочнее стали, останавливающая пулю — это супер древесина!
Простая технология обработки может сделать древесину жесткой, удароустойчевой или даже прозрачной.
Лянбинг Ху, слева, и Дэн Ли, справа, являются инженерами в Университете штата Мэриленд, Колледж-Парк, которые нашли способ сделать дерево более чем в 10 раз сильнее и жестче.
Ученые разработали новый тип «супер-дерева», то есть более чем в 10 раз прочнее и жестче, чем нормальная древесина — и это нововведение может потенциально стать естественной и недорогой заменой для стали и других материалов.
Некоторые виды древесины, такие как дуб и клен, славятся своей прочностью. Но ученные разработали простой и недорогой процесс который может превратить любую древесину в материал, который будет прочнее стали и даже прочнее некоторых высокотехнологичных материалов. Данное открытие сможет сделать переворот в строительстве и машиностроении, а так же этот материал можно использовать даже в качестве бронежилета.
«Этот новый способ обработки древесины делает его в 12 раз более сильным, чем натуральное дерево, и в 10 раз более жестким», — сказал Лянбинг Ху.
«Это может быть конкурентом стали или даже титановым сплавам, он настолько прочен и долговечен, что также сопоставим с углеродным волокном, но гораздо дешевле».
Древесина доступна в изобилии и имеет относительно не большую стоимость. И хотя древесину используют тысячелетиями, необработанная древесина не бывает прочная как сталь. Ученные уже долгое время пытались повысить прочность древесины, в основном с помощью сжатия и уплотнения. Но уплотненная древесина имеет тенденцию ослабевать и возвращаться к своим первоначальным размерам и форме, особенно во влажных условиях.
Как создали супер крепкую древесину?
Однако сейчас, студенты из университета Мэриленда, под руководством профессора Лингбинга Ху, объявили что открыли новый способ обработки древесины. Данный способ обработки, состоит из двух частей.
Сначала древесину варят в растворе гидроксида натрия(NaOH) и сульфита натрия(Na2SO3), данная обработка древесины так же используется при производстве бумаги. Таким образом частично удаляется лигнин и гемицеллюлоза, но оставляется не тронутая целлюлоза.
Второй этап обработки, почти такой же простой как и первый. Происходит сжатие обрабатываемой древесины, до тех пор, пока стенки клеток не разрушаться на молекулярном уровне, затем продолжая сжатие, древесину нагревают. Давление и тепло способствуют образованию химических связей между большим количеством атомов водорода и атомов в нановолокнах целлюлозы, что значительно укрепляет материал.
Результат получается впечатляющий.
Обработанная древесина, становится плотнее в три раза, а её устойчивость к расколам увеличивается более чем в 10 раз, такая древесина в 50 раз устойчивей к сжатию и становиться более жесткой в 20 раз. Уплотненная древесина также существенно прочнее и более устойчива к царапинам. Такой древесине можно придать любую форму. Самое главное, обработанная древесина становится влагостойкой: в лабораторных экспериментах, сжатые образцы, подвергавшиеся воздействию экстремальной влажности в течение пяти дней, при этом набухали менее чем на 10 процентов, а простой слой краски полностью устранял этот отек.
Пять слоев этого материала могут остановить пулю, в результате можно создавать бронежилеты, которые будут прочные как кевларовые, но дешевле на 95%. «Результат работы команды, открывают дверь к новому классу легких материалов», говорит Пинг Лю, химик из университета Калифорнии, Сан-Диего.
Производители транспортных средств, часто пытаются облегчить автомобили сплавами различных металлов, но эти материалы довольно дорогостоящие, покупателям редко получается окупить данные материалы путем экономии топлива. Обработанная древесина, имеет ещё одно преимущество перед карбоном, для неё не нужны дорогие клеи которые усложняют производство.
«Новый тип древесины, даёт нам новые возможности в дизайне, для которых обычна древесина была слишком слаба» — говорит Питер Фралц, материаловед из Германии, не принимавший участия в исследовании.
«Теперь исследователи могут создать материал, под самые необычные дизайнерские решения», рассказал нам Питер, ссылаясь на процесс разработки дизайна, среди аэрокосмических инженеров, которые имеют долгую историю разработок, все более прочных сплавов для удовлетворения своих потребностей.
Возможные сложности при внедрении
Одной из возможной проблемой для внедрения нового материала в широкие массы может стать медленная скорость разработки инженерами проектов, с использованием новой древисины. Так например, профессор Ху и его команда, потратили несколько часов для создания кофейного столика размером с книгу. Но нет никаких практических причин полагать, что процесс не может быть ускорен для изготовления более крупных компонентов, утверждает профессор Ху.
Как сделать дерево прозрачным?
В то время как профессор Ху и его команда стремились повысить прочность древесины, другие исследователи преследовали более необычные цели, например сделать дерево прозрачным.
Ещё одна команда ученных, под руководством Ларса Берлунда из королевского технологического института, в Стокгольме, пыталась получить похожим способом, прозрачные, деревянные окна.
Первых этапом, был тот же процесс как и у команды Ху, по удалению лингина из древесины. Это вещество делает древесину не только прочной, но и придаёт ей коричневый цвет. Древесина лишенная лингина называется метилметакрилат (MMA), так же этот материал известен под названием оргстекло.
Т.к. индекс преломление света у оргстекла такой же как и у нового типа древесины, то лучи света проходят насквозь метилметакрилат, вместо того чтобы отражаться. Данный процесс делает материал достаточно прозрачным. Берлунд и его команда, описала данный процесс ещё два года назад в журнале Биомакромолекулы. Так совпало, что в это же время Ху и его коллеги так же разрабатывали тот же метод.
Исследования на подобии тех что провели профессор Ху и Берлунг, могут сделать переворот в мире материаловедения.
Совсем скоро, появится возможность полностью построить дом, включая пол, стены, крышу, окна из нового вида дерева, исключая кирпич, пластик или метал.
