Инженеры из Мэрилендского университета в Колледж-Парке (UMD) нашли способ сделать древесину более чем в 10 раз прочнее и жестче, чем раньше, создав натуральное вещество, которое прочнее многих титановых сплавов.
«Этот новый способ обработки древесины делает ее в 12 раз прочнее натуральной древесины и в 10 раз прочнее», - сказал Лянбинг Ху из Инженерной школы им. А. Джеймса Кларка UMD и руководитель группы, проводившей исследование. будет опубликована 8 февраля 2018 года в журнале Nature.«Он может составить конкуренцию стали или даже титановым сплавам, настолько он прочный и долговечный. Он также сравним с углеродным волокном, но намного дешевле». Ху - адъюнкт-профессор материаловедения и инженерии, а также член Мэрилендского института энергетических инноваций.
«Он одновременно прочный и прочный, а такое сочетание обычно не встречается в природе», - сказал Тенг Ли, соруководитель группы и доцент кафедры машиностроения Сэмюэля П. Лэнгли в Школе Кларка при UMD. Его команда измерила механические свойства плотной древесины. «Он такой же прочный, как сталь, но в шесть раз легче. На его разрушение уходит в 10 раз больше энергии, чем на натуральное дерево. Его даже можно сгибать и формовать в начале процесса».
Команда также протестировала новый древесный материал и натуральное дерево, стреляя в него пулевидными снарядами. Снаряд прошел прямо сквозь натуральное дерево. Полностью обработанная древесина остановила снаряд на полпути.
«Мягкая древесина, такая как сосна или бальза, которая быстро растет и более экологична, может заменить медленнорастущую, но более плотную древесину, такую как тик, в мебели или зданиях», - сказал Ху.
«Эта бумага обеспечивает многообещающий путь к разработке легких, высокоэффективных конструкционных материалов с огромным потенциалом для широкого спектра применений, где требуются высокая прочность, большая ударная вязкость и превосходная баллистическая стойкость», - сказал Хуацзянь Гао., профессор Университета Брауна, не участвовавший в исследовании. «Особенно интересно отметить, что этот метод универсален для различных пород дерева и довольно прост в реализации».
«Такую древесину можно использовать в автомобилях, самолетах, зданиях - везде, где используется сталь», - сказал Ху.
«Двухстадийный процесс, о котором сообщается в этой статье, обеспечивает исключительно высокую прочность, намного превышающую то, о чем сообщается в литературе», - сказал Чжиган Суо, профессор механики и материалов Гарвардского университета, также не связанный с изучение.«Учитывая обилие древесины, а также других богатых целлюлозой растений, эта бумага будоражит воображение».
Самым выдающимся наблюдением, на мой взгляд, является наличие предельной концентрации лигнина, клея между клетками древесины, чтобы максимизировать механические характеристики уплотненной древесины. Слишком малое или слишком большое удаление снижает прочность по сравнению с максимальным значением, достигнутым при промежуточном или частичном удалении лигнина. Это показывает тонкий баланс между водородными связями и адгезией, обеспечиваемой таким полифенольным соединением. Кроме того, огромный интерес представляет тот факт, что уплотнение древесины приводит как к увеличению прочности, так и прочность - два свойства, которые обычно компенсируют друг друга», - сказал Орландо Дж. Рохас, профессор Университета Аалто в Финляндии.
Исследование Ху исследовало возможности естественных нанотехнологий древесины. Ранее они создали ряд новых технологий из материалов, связанных с наноцеллюлозой: (1) сверхпрозрачная бумага для замены пластика; (2) фотонная бумага для повышения эффективности солнечных элементов на 30%; (3) аккумулятор и суперконденсатор из дерева; (4) батарея из листа; (5) прозрачная древесина для энергоэффективных зданий; (6) опреснение солнечной воды для питья и, в частности, фильтрация токсичных красителей. Эти новые технологии на основе древесины внедряются в коммерческую эксплуатацию через дочернюю компанию UMD, Inventwood LLC.