Ученые придумали способ сделать дерево прочным как сталь

10.02.2018

Ученые разработали новый тип супер-древесины, в более чем 10 раз прочнее обычно. Эта инновация сможет в будущем стать недорогим природным заменителем стали и других материалов.

Дерево получило такие суперспособности, благодаря особой химической обработке, за которой следует процесс горячего сжатия. Полученные химические соединения делают такую древесину достаточно прочной, чтобы однажны использовать ее в строительстве зданий и даже средств передвижения.

Она даже может использоваться как броневое покрытие: исследователи выпустили в новое супер-дерево подобие пуль и обнаружили их застрявшими в материале. Частицы не прошли насквозь, как это случилось бы с обычным деревом.

(Университет Мэриленда, перевод Funscience)
(Университет Мэриленда, перевод Funscience)

“Этот новый способ обработки дерева делает его в 12 раз тверже обычного дерева и в 10 раз прочнее”, — рассказывает ведущий исследователь Лианьбинь Ху из Университета Мэриленда.

“[Материал] настолько прочный и износостойкий, что станет конкурентом стали и даже титановых соединений. Его также можно сравнить с углеродным волокном, но намного более дешевым в производстве.”

“Он одновременно сильный и прочный, а такое сочетание [качеств] редко встречается в природе,” — добавляет другой член команды Тенг Ли из Университета Мэриленда.

“Он прочен как сталь, но в 6 раз легче. Потребуется в 10 раз больше энергии, чтобы его разломить, чем понадобится для обычного дерева. Его даже можно гнуть и придавать ему форму в начале процесса.”

В данном процессе два этапа. Для начала натуральное дерево кипятят в смеси гидроксида натрия и сульфита натрия, что схоже с процессом подготовки древесной массы для создания бумаги.

Дальше дерево проходит через стадию сжатия, чтобы сломались стенки отдельных клеток. Добавляется тепло, чтобы спровоцировать образование химических соединений, пока дерево продолжают сжимать.

Эти процессы позволяют отделить определенные полимеры, чтобы новое дерево могло переобразоваться, но при этом сохраняются те полимеры, которые от природы необходимы для сохранения прочности дерева.

Само усиление происходит от объединения большого количества водородных атомов с нановолокнами целлюлозы, которая от природы есть в структуре дерева.

Химически реакции довольно сложны, но сам процесс простой и дешевый. Это отличная замена стали и титановых соединений, а также других материалов в зависимости от ситуации.

Процесс успешно проверили на разных типах дерева.

Получаемая супер-древесина очень прочная и легкая, и, как уже упоминалась, невероятно плотная, не поддающаяся сжатию, твердая, стойкая к механическим повреждениям и даже защищена от влажности.

Помимо применения в самолетах и машинах, новая супер-древесина может использоваться и в мебели. Тем самым быстрорастущие деревья как бальза и ель смогут заменить прочные и медленно-растущие аналоги вроде тика.

Все же еще много работы предстоит выполнить, прежде чем мы увидим, как деревянный аэробус катится по посадочной полосе.

Следующим шагом будет увеличение масштаба и ускорение процесса производства новой древесины, но исследователи утверждают, что это не будет проблемой.

“Особенно интересно то, что этот метод применим к разным породам дерева, и при этом его просто использовать,” — говорит инженер Хуацзянь Гао (Huajian Gao) из Брауновского университета на Род-Айленде, не участвовавший в исследовании.

“В [опубликованной] статье предлагается очень многообещающий путь создания легких, высококачественных конструкционных материалов, имеющих огромный потенциал в различных практических применениях, в которых требуется прочность, твердость и баллистическая устойчивость.”

Исследование было опубликовано в Nature.

Подготовлено специально для "Наука от Фансаенс"