إن الخشب مادة رائعة لكل شيء ... كل شيء يمكن للمرء أن يتخيله مصنوع منه. الشيء الوحيد المفقود هو القوة. العديد من أنواع الخشب متينة للغاية ، ولكن للأسف ، ليست قوية بما يكفي لاستخدامها على نطاق أوسع. حقق المتخصصون من الولايات المتحدة الأمريكية زيادة في خصائص قوة الخشب من خلال معالجته الخاصة.
بعد معالجة الخشب وفقًا للطريقة الجديدة ، تزداد قوته عشرة أضعاف ، ويصبح أكثر متانة من الفولاذ أو التيتانيوم. في الوقت نفسه ، لا يزال الخشب مادة صديقة للبيئة ، كبديل للبلاستيك أو المعادن.
قال لي تنغ ، المتخصص في جامعة ماريلاند: "في الواقع ، هذه فئة جديدة من المواد ذات إمكانات كبيرة". تم نشر أعمال تنغ وزملائه في 7 فبراير في المنشور العلمي المعتمد Nature.
محاولات لتقوية الشجرة ، والتغيير بطريقة أو بأخرى خصائصها لا تتوقف
لعقود . بعض الطرق ناجحة ، والبعض الآخر ليس جيدًا جدًا. من بين الأنواع الناجحة ، يتم اختيار الألياف الدقيقة السليلوزية ، والتي تتيح لك إنشاء مواد مقاومة بشكل كاف للتأثيرات الخارجية.
لكن تنغ وزملاؤه قرروا معالجة المشكلة من منظور مختلف. ركز الباحثون على تعديل الهيكل المسامي للخشب الطبيعي. في البداية ، بدأوا في محاولة غلي أنواع مختلفة من الخشب ، بما في ذلك البلوط ، في محلول هيدروكسيد الصوديوم وكبريتات الصوديوم لمدة سبع ساعات. تركت هذه العملية البنية السليلوزية على حالها تقريبًا ، ولكن المكونات المحيطة بالسليلوز اختفت جزئيًا. أحد هذه المكونات هو اللجنين ، وهو بوليمر مرتبط بالسليلوز.
ثم قام الفريق بوضع كتلة خشبية تحت الصحافة لمدة يوم ، بينما قام بتسخينها إلى 100 درجة مئوية. ونتيجة لذلك ، تم تشكيل ألواح خشبية خمس سمك المعلمات السابقة. بالإضافة إلى ذلك ، كانت هذه المادة أكثر كثافة بثلاث مرات من الخشب الطبيعي وأقوى 11.5 مرة. أدت المحاولات السابقة لتقوية خصائص القوة إلى زيادة في هذه المعلمة بحد أقصى 3-4 مرات.
أظهر مسح ألياف مادة جديدة باستخدام المجهر الإلكتروني أن الضغط يدمر أنابيب السليلوز ، التي يتم ضغطها وتشابكها. قال أحد المشاركين في الدراسة: "تحصل على ألياف نانوية موضوعة على طول محور نمو الشجرة ، مرتبطة ببعضها البعض".
للتحقق من مدى مقاومة "النوع الجديد من الخشب" للعوامل الخارجية ، بدأ الفريق بإطلاق النار على منصات نقالة من مسدس باليستي ، والذي يُستخدم عادةً لاختبار قوة المركبات العسكرية. كما اتضح ، يمكن للخشب المعدل أن يتحمل تأثير مقذوف فولاذي 46 جرامًا يطير بسرعة حوالي 30 مترًا في الثانية.
هذا ، بالطبع ، أبطأ بكثير من سرعة رصاصة تطير من برميل من سلاح ناري ، ولكن لا يزال هذا إنجازًا قويًا. تقابل هذه السرعة تقريبًا سرعة سيارة تتحرك قبل الاصطدام بعائق. نعم ، يعتقد الأمريكيون أن طريقتهم تسمح لهم بإنشاء مواد مناسبة لصناعة السيارات.
يعتقد الخبراء أن فريق "محسنات الأشجار" يزيد من تعقيد العملية ، والتي يمكن أن تكون أكثر بساطة. على سبيل المثال ، التعرض ببساطة لدرجات الحرارة العالية والبخار والضغط يمكن أن يحسن بشكل كبير خصائص قوة المادة. أو يمكنك غلي الشجرة لمدة 7 ساعات في محلول من الصودا الكاوية. والنتيجة هي مادة قوية إلى حد ما. تعمل الحماية المكونة من 24 طبقة من هذه الشجرة على تأخير الرصاصة 9 ملم التي تطلق من مسدس.
يعتقد ميكايلا إيدر ، الباحث في معهد ماكس بلانك ، أن تأثير الضغط يقوي الشجرة أيضًا - على الرغم من أنه في هذه الحالة ليس من الواضح كم يحدث تشابك الألياف النانوية. ومع ذلك ، فإن مؤلفي العمل الأصلي على يقين من أن أسلوبهم فقط يمكن أن يحسن بشكل كبير من قوة الشجرة. يتفق الزملاء معهم ، قائلين إن العمل لديه إمكانات كبيرة ، وفي المستقبل سيكون من الممكن إنشاء تكنولوجيا تجارية لإنتاج مواد بناء دائمة من الخشب.