Holz ist ein großartiges Material für ... alles. Alles, was man sich vorstellen kann, besteht daraus. Das einzige, was fehlt, ist Stärke. Viele Holzarten sind sehr langlebig, aber leider nicht stark genug, um weiter verbreitet zu werden. Spezialisten aus den USA haben durch ihre spezielle Verarbeitung eine Verbesserung der Festigkeitseigenschaften von Holz erreicht.
Nachdem das Holz nach der neuen Methode verarbeitet wurde, verzehnfacht sich seine Festigkeit und es ist haltbarer als Stahl oder Titan. Gleichzeitig bleibt Holz ein umweltfreundliches Material, eine Alternative zu Kunststoffen oder Metallen.
"Tatsächlich ist dies eine neue Klasse von Materialien mit großem Potenzial", sagte Li Teng, ein Spezialist der University of Maryland. Die Arbeit von Teng und seinen Kollegen wurde am 7. Februar in der maßgeblichen wissenschaftlichen Publikation Nature veröffentlicht.
Versuche, den Baum zu stärken, seine Eigenschaften auf die eine oder andere Weise zu verändern, hören
jahrzehntelang nicht auf. Einige Methoden sind erfolgreich, andere nicht sehr gut. Zu den erfolgreichen gehört die Auswahl von Cellulosemikrofasern, mit denen Sie Materialien herstellen können, die ausreichend beständig gegen äußere Einflüsse sind.
Aber Teng und Kollegen beschlossen, das Problem aus einer anderen Perspektive zu betrachten. Die Forscher haben sich darauf konzentriert, die poröse Struktur von Naturholz zu verändern. Zunächst versuchten sie sieben Stunden lang, verschiedene Holzarten, einschließlich Eiche, in einer Lösung aus Natriumhydroxid und Natriumsulfit zu kochen. Dieser Prozess ließ die Cellulosestruktur nahezu unberührt, aber die die Cellulose umgebenden Komponenten sind teilweise verschwunden. Eine solche Komponente ist Lignin, ein Cellulose-bindendes Polymer.
Dann stellte das Team einen Tag lang einen Holzblock unter die Presse und erhitzte ihn auf 100 Grad Celsius. Als Ergebnis wurden Holzbretter gebildet, die ein Fünftel der Dicke der vorherigen Parameter hatten. Außerdem war dieses Material dreimal dichter als Naturholz und 11,5-mal fester. Frühere Versuche, die Festigkeitseigenschaften zu stärken, führten zu einer maximal 3-4-fachen Erhöhung dieses Parameters.
Das Scannen der Fasern eines neuen Materials mit einem Elektronenmikroskop zeigte, dass das Zusammendrücken Celluloseschläuche zerstört, die komprimiert und miteinander verflochten sind. "Man bekommt Nanofasern entlang der Wachstumsachse des Baumes platziert, die miteinander verbunden sind", sagte einer der Studienteilnehmer.
Um zu überprüfen, wie „neue Holzarten“ gegen äußere Einflüsse beständig sind, begann das Team mit einer ballistischen Waffe, die normalerweise zum Testen der Festigkeit von Militärfahrzeugen verwendet wird, auf Paletten zu schießen. Wie sich herausstellte, kann modifiziertes Holz dem Aufprall eines 46-Gramm-Stahlprojektils standhalten, das mit einer Geschwindigkeit von etwa 30 Metern pro Sekunde fliegt.
Dies ist natürlich viel langsamer als die Geschwindigkeit einer Kugel, die aus einem Lauf einer Schusswaffe fliegt, aber dennoch ist dies eine solide Leistung. Diese Geschwindigkeit entspricht in etwa der Geschwindigkeit eines Autos, das sich vor einer Kollision mit einem Hindernis bewegt. Ja, die Amerikaner glauben, dass ihre Methode es ihnen ermöglicht, Materialien herzustellen, die für die Automobilindustrie geeignet sind.
Experten glauben, dass das Team der "Baumverbesserer" den Prozess übermäßig kompliziert, was viel einfacher sein kann. Beispielsweise kann die einfache Einwirkung von hoher Temperatur, Dampf und Druck die Festigkeitseigenschaften des Materials erheblich verbessern. Oder Sie kochen den Baum einfach 7 Stunden lang in einer Lösung aus Natronlauge. Das Ergebnis ist ein ziemlich starkes Material. Ein 24-Lagen-Schutz vor einem solchen Baum verzögert die 9-mm-Kugel, die von einer Pistole abgefeuert wird.
Mikaela Ider, Forscherin am Max-Planck-Institut, glaubt, dass die Druckwirkung auch den Baum stärkt - obwohl in diesem Fall unklar ist, inwieweit die Verflechtung von Nanofasern stattfindet. Trotzdem sind sich die Autoren der Originalarbeit sicher, dass nur ihre Technik die Festigkeit eines Baumes signifikant verbessern kann. Die Kollegen stimmen ihnen zu und sagen, dass die Arbeit ein großes Potenzial hat und es in Zukunft möglich sein würde, kommerzielle Technologie für die Herstellung von dauerhaften Baumaterialien aus Holz zu schaffen.