Древесина которая прочнее стали

10.02.2018

Ученые из Университета штата Мэриленд обогатили древесину, используя процесс, который делает его в 12 раз сильнее, создавая натуральное вещество, более долговечное, чем многие титановые сплавы, и способное останавливать высокоскоростные снаряды.

«Это может быть конкурентом стали или даже титановых сплавов, он настолько прочен и долговечен. Это также сопоставимо с углеродным волокном, но гораздо менее дорогостоящим », - сказал Liangbing Hu, руководитель исследовательской группы в инженерной школе им. А. Джеймса Кларка (UMD) в пресс-релизе. «Этот новый способ обработки древесины делает его в 12 раз сильнее натурального дерева и в 10 раз более жестким».

Команда исследователей в течение семи часов отваривала различные сорта древесины в каустическом растворе гидроксида натрия и сульфита натрия. Этот процесс удаляет некоторые из соединений, которые окружают целлюлозу в древесине, создавая дополнительное пространство внутри. Затем они нажали на блок при 100 градусах Цельсия целый день. Это уменьшило древесину до одной пятой ее первоначальной толщины, но увеличило ее плотность втрое.

Техника измельчает целлюлозные трубки, которые соединяют древесину вместе до места, где они блокируются. Он также удаляет соединение лигнин, тип полимера, который связывает целлюлозу. Это оказалось решающим моментом в развитии материала, поскольку, если слишком большая часть лигнина была удалена, полученный материал оказался хрупким и менее плотным, чем требовалось. Команда обнаружила, что сладкое пятно должно было удалить примерно 45 процентов лигнина.

«Это и сила, и жесткость, которая представляет собой комбинацию, которая обычно не встречается в природе», - сказал Тенг Ли, со-лидер команды. «Он такой же сильный, как сталь, но в шесть раз легче. Для разрушения требуется в 10 раз больше энергии, чем натуральная древесина. Его можно даже согнуть и формовать в начале процесса ».

Команда сразила новый материал, чтобы поддержать свои необычные требования, выпустив пулеобразные снаряды на пяти слоях материала, ламинированного вместе (общим размером около трех миллиметров в толщину) с помощью той же баллистической пневматической пушки, которая использовалась для проверки сопротивления военной техники. В то время как «пули» проходили через естественную древесину с относительной легкостью, они были остановлены на их пути новым обработанным древесным материалом.

«Этот успех представляет собой многообещающий путь к дизайну легких конструкционных материалов с высокими эксплуатационными характеристиками с огромным потенциалом для широкого спектра применений, где требуется высокая прочность, большая вязкость и превосходная баллистическая устойчивость», - сказал Хуайян Гао, профессор Брауна Университет, который не участвовал в исследовании, как цитирует Eureka Alert. «Особенно интересно отметить, что этот метод универсален для различных видов древесины и довольно легко реализуется».

Когда сталь стала материалом для строительства или производства зданий, автомобилей и даже самолетов, этот революционный материал может спровоцировать «зеленую революцию» в области материаловедения и перестроить инженерный мир. Разнообразие видов деревьев, которые можно использовать для производства материала, означает, что стоимость и экологические факторы могут быть преодолены по всему миру с относительной легкостью.

«Мягкие леса, такие как сосна или бальза, которые быстро растут и более экологичны, могут заменить более медленные, но более плотные леса, такие как тик в мебели или зданиях», - сказал Ху.

В то время как другие исследователи исследовали аналогичные методы и даже прекратили фактические 9-миллиметровые пули, выпущенные из пистолета, исследование команды Мэриленда помогло продвинуть дело для более экологичного подхода к современной технике, одновременно снижая стоимость.