Учёные увеличили прочность дерева в 23 раза и сделали из него ножи и гвозди
Исследователи из Мэрилендского университета придумали простой и недорогой метод обработки дерева, благодаря которому материал становится в 23 раза прочнее обычного. При помощи этого метода учёные изготовили деревянный нож и несколько гвоздей, и эти предметы показали себя не хуже, а иногда и лучше своих металлических двойников. Ножом даже получилось разрезать стейк чуть выше средней прожарки. Кроме того, такой нож можно мыть в посудомоечной машине.
В связи с тем, что обычный пластик разлагается до 450 лет, а для получения стальных изделий требуются энергозатратные процессы, исследователи постоянно ищут новые материалы или новые способы обработки уже известных материалов. Тем более, когда эти материалы получаются гораздо экологичнее.
Тенг Ли, соавтор работы и материаловед из Мэрилендского университета, разработал с коллегами новый способ обработки дерева в поисках материала, способного заменить пластик, бетон и сталь.
По его словам, отношение прочности к плотности у целлюлозы (главного компонента дерева) выше, чем у большинства материалов, производимых человеком — керамики, металлов и полимеров. Однако существующие технологии не используют её потенциал полностью. Дерево на 50% состоит из целлюлозы, а всё остальное — это гемицеллюлозы и лигнин (скрепляющее вещество).
Метод учёных основывается на удалении более слабых компонентов из древесины. Исследователи порезали американскую липу на брусочки, вымочили их в водном растворе гидроокиси натрия и сульфита натрия для заполнения пор. Плотность дерева увеличилась, и оно затонуло. Затем его разделили на три партии, и кипятили их два, четыре и шесть часов соответственно, после чего промыли в деионизированной воде для удаления остатков химикатов.
После удаления лигнина дерево стало мягким и гибким. Затем учёные подвергали дерево давлению в 20 МПа в течение шести часов в горячем прессе. Дерево было завёрнуто в бумажные салфетки для удаления излишней влаги. Затем образцы сушили, нагревая их до температуры в 105°С. Наконец, отверждённое дерево 48 часов вымачивали в масле, чтобы защитить его поверхность от воды. При такой обработке нож не тупится, и его можно мыть — как вручную, так и в посудомоечной машине.
После тестов выяснилось, что дерево лучше всего кипятить четыре часа. Рассмотрев итоговый результат под микроскопом, учёные выяснили, что в дереве значительно уменьшилось количество пустот и каналов — это и был один из секретов упрочнения материала.
Проверка усиленного дерева на прочность
Из такого дерева исследователи изготовили пару ножей и несколько гвоздей. У одного ножа волокна были параллельны лезвию, у другого — перпендикулярны. Сканирующий электронный микроскоп показал, что лезвие такого ножа получилось гораздо острее, чем у столового, и было сравнимо с лезвием пластикового.
Гвозди из отверждённого дерева оказались такими же острыми, как железные — при этом они не ржавеют. Команде удалось скрепить таким гвоздём три доски, не повредив сам гвоздь.
