جنرال لواء

باحثون يبتكرون "أخشاب خارقة" يمكنها منافسة الفولاذ


يمكن لطريقة جديدة لمعالجة الخشب أن تحول مادة عضوية "عادية" إلى مورد فائق القوة. طور المهندسون من جامعة ماريلاند عملية تجعل الخشب المعالج أقوى 12 مرة من الخشب الطبيعي وأقسى 10 مرات. يعتقد الباحثون أيضًا أنه قابل للمقارنة - إن لم يكن أقوى - العديد من سبائك التيتانيوم ، وهو مورد أرخص بكثير.

قاد Liangbing Hu من كلية الهندسة بجامعة UMD الفريق والأبحاث المنشورة في أحدث إصدار من طبيعة. يعمل هو أيضًا كأستاذ مشارك في علوم وهندسة المواد ، وهو أيضًا عضو في معهد ماريلاند للابتكار في مجال الطاقة.

وقال هو جين تاو "قد يكون هذا منافسا للصلب أو حتى سبائك التيتانيوم ، فهو قوي ومتين. كما أنه يمكن مقارنته بألياف الكربون ، ولكنه أقل تكلفة بكثير".

لكن ما مدى قوتها؟ من أجل اختبار الخشب ، أطلق الفريق عليه رصاصًا مزيفًا ليروا كيف صمد أمام الضربة. مرت القذيفة عبر الخشب الطبيعي ، لكن الخشب المعالج أوقف الرصاصة قبل أن تتمكن من اختراقها.

من أجل خلق مثل هذه القوة في المادة ، قام الباحثون بضغط الألياف عن طريق إزالة بوليمرات معينة داخل الأخشاب الأكثر ليونة تقليديًا. وبدلاً من محاولة إجراء تغيير جذري في التركيب الكيميائي للخشب ، استخدم الفريق طرقًا بسيطة نسبيًا. قاموا بغلي أنواع مختلفة من الخشب مثل البلوط في محلول هيدروكسيد الصوديوم وكبريتيت الصوديوم لأكثر من 7 ساعات. هذا المحلول يحافظ على السليلوز سليمًا ولكنه يعطي مساحة أكبر لبنية الخشب المسامية.

ثم أخذ الفريق ذلك الخشب وضغطه عند 100 درجة مئوية ليوم كامل. كان اللوح الخشبي الناتج أرق بنسبة 20 في المائة ولكنه أكثر كثافة بثلاث مرات من لوح البداية. قبل هذه الدراسة ، أدت معظم المشاريع الأخرى التي تختبر نظريات مماثلة إلى نقاط قوة أقوى بثلاث أو أربع مرات. كان الخشب من دراسة UMD أقوى بنحو 12 مرة من الخشب الأصلي.

"إنه قوي مثل الفولاذ ، لكنه أخف بست مرات. فهو يستهلك طاقة تكسير أكثر بعشرة أضعاف من الخشب الطبيعي. ويمكن حتى ثنيه وتشكيله في بداية العملية."

قال Teng Li ، الرئيس المشارك للفريق وأستاذ الهندسة الميكانيكية Samuel P. Langley المساعد في الهندسة الميكانيكية في مدرسة كلارك UMD: "إنها قوية وصعبة في نفس الوقت ، وهي مزيج لا يوجد عادة في الطبيعة". قام فريقه بقياس الخصائص الميكانيكية للخشب الكثيف. "إنه قوي مثل الفولاذ ، لكنه أخف ست مرات. ويمكن حتى أن يتم ثنيه وتشكيله في بداية العملية."

وذكر هو جين تاو أن العملية ليست فقط أرخص من تطوير مواد أحدث أو حتى إعادة تصميم مواد قديمة باهظة الثمن ، بل لديها أيضًا إمكانية أن تكون أفضل للبيئة.

وقال هو "إن الأخشاب اللينة مثل الصنوبر أو البلسا ، والتي تنمو بسرعة وتكون أكثر صداقة للبيئة ، يمكن أن تحل محل الأخشاب البطيئة النمو ولكن الأكثر كثافة مثل خشب الساج في الأثاث أو المباني".

لقد حظي عمل الفريق بالفعل باهتمام محلي ودولي من مهندسي المواد الآخرين. أورلاندو روخاس أستاذ بجامعة آلتو في فنلندا. ووصف المشروع بـ "المتميز" في قدرته على تعظيم الأداء الميكانيكي للخشب نفسه.

قال روجاس: "إن الإزالة القليلة جدًا أو المفرطة للغاية تقلل القوة مقارنة بالقيمة القصوى التي يتم تحقيقها عند إزالة اللجنين الوسيطة أو الجزئية" "يكشف هذا عن التوازن الدقيق بين الرابطة الهيدروجينية والالتصاق الذي يمنحه مثل هذا المركب متعدد الفينول. علاوة على ذلك ، من الأهمية بمكان أن تكثيف الخشب يؤدي إلى زيادة القوة والمتانة ، وهما خاصيتان عادةً ما يقابلان بعضهما البعض."


شاهد الفيديو: تعرف على طرق تصنيع الأخشاب من الأشجار الضخمة بالتكنولوجيا الحديثة (كانون الثاني 2022).