Новый передовой процесс позволяет создать универсальную древесину

Натуральная древесина уже может похвастаться изначально более низкой стоимостью жизненного цикла, чем другие материалы, и является естественным прочным, легким и долговечным композитным материалом, который может стать привлекательной альтернативой широко используемым полимерам, металлам и сплавам, если удастся улучшить его свойства и функциональность.

Предыдущие подходы, такие как делигнификация и денсификация, были испробованы и пока не смогли обеспечить такую же пластичность, как у металлов и пластмасс.

3D-формованная древесина

Вот почему разработка новой прогрессивной технологии, использующей быстрый процесс "водного удара", способной создавать прочную и формоустойчивую древесину, так интересна и попала на обложку журнала Science.

Подписывайтесь на наш youtube канал!

После извлечения лигнина - полимера, связывающего клеточные стенки внутри древесины, придающего ей прочность, - который размягчает ее, а затем закрывает волокна посредством испарения, специалисты из Бристольского университета повторно насыщают древесину, "шокируя" ее водой.

"Быстрый процесс гидроудара формирует отчетливую частично открытую, морщинистую структуру клеточной стенки, которая обеспечивает пространство для сжатия, а также способность поддерживать высокую деформацию, позволяя материалу легко складываться и формоваться", - говорит ведущий автор исследования профессор Лянбиг Ху, директор Центра инноваций материалов Университета Мэриленда.

"Полученная 3D-формованная древесина в шесть раз прочнее исходной древесины и сравнима с широко используемыми легкими материалами, такими как алюминиевые сплавы".

Эту "формованную древесину" можно складывать в различные формы и затем высушивать перед формированием конечного продукта. Замечательная способность обработанной древесины к складыванию обусловлена морщинистой структурой клеточной стенки, которая может выдерживать сильное складывание без разрушения.

Исследование проводилось в сотрудничестве между Университетом Мэриленда, Йельским университетом, Университетом штата Огайо, Лесной службой Министерства сельского хозяйства США, Бристольским университетом, Университетом Северного Техаса, ETH Zurich и Центром инновационных материалов.

Соавтор работы профессор Стивен Эйхгорн, профессор материаловедения и научной инженерии Бристольского университета, предоставил некоторые механистические данные о том, как древесина способна деформироваться таким образом. Он является экспертом по целлюлозным материалам и провел более 20 лет, изучая целлюлозные волокна, древесину, композиты и материалы на растительной основе.

Профессор Эйхгорн вспоминает детство, когда его отец построил из дерева собственный самолет.

Профессор Эйхгорн сказал: "Он гнул дерево, чтобы использовать его в крыльях самолета, используя пар. То, что сейчас можно сделать гибкую древесину, одновременно улучшив ее механические свойства, делает этот материал поистине удивительным, и кто знает - возможно, в будущем он будет использоваться в качестве материала для аэрокосмической промышленности!".

"Гибкая древесина значительно расширяет потенциальные возможности применения древесины в качестве устойчивого конструкционного материала, снижая при этом воздействие на окружающую среду для зданий и транспорта", - сказал соавтор исследования профессор Тенг Ли из Университета Мэриленда.

"Этот нестандартный подход к разработке передовых древесных материалов будет способствовать инновациям в производстве древесной продукции и на рынке в качестве устойчивого решения для замены многих неустойчивых конструкционных материалов и борьбы с изменением климата", - сказал Джей Ю Чжу из Лаборатории лесных продуктов Министерства сельского хозяйства США. "Это также будет способствовать снижению затрат на прореживание лесов для здорового лесопользования, чтобы уменьшить дикие катастрофические лесные пожары". Мы в Лаборатории лесных продуктов Лесной службы США очень рады сотрудничать с профессором Ху в этом исследовании".

Профессор Ху основал компанию InventWood LLC в 2016 году для коммерциализации передовых технологий обработки древесины, изобретенных в его лаборатории, включая эту 3D-формованную древесину.

"Исследователи предложили умное средство для преобразования естественных прямостенных клеточных структур древесины в волнистые, похожие на аккордеон геометрические формы в микромасштабе", - сказал соавтор исследования профессор Джон Роджерс из Северо-Западного университета. "В результате получается необычная высокопрочная форма древесины, которая одновременно является гибкой и поддается формовке, что открывает новые возможности применения этого очень старого класса материалов". опубликовано econet.ru по материалам phys.org

Лучшие публикации в Telegram-канале Econet.ru. Подписывайтесь!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet