REKLAAM

Kunstpuit

Teadlased on sünteetilistest vaikudest valmistanud tehispuidu, mis jäljendab naturaalset puitu, millel on multifunktsionaalseks kasutamiseks paremad omadused

Puit on an orgaaniline kiuline kude, mida leidub puudel, põõsastel ja põõsastel. Puitu võib nimetada kõige kasulikumaks ja võib-olla ka kõige mitmekülgsemaks materjaliks planeet Maa. Seda on kasutatud tuhandeid aastaid mitmel otstarbel ja see on väga tähelepanuväärne selle madala tiheduse ja suure tugevuse poolest. Puidu ainulaadne anisotroopne rakustruktuur (st erinevad omadused eri suundades) annab sellele hämmastavad mehaanilised omadused ning muudab selle tugevaks, jäigaks, kuid siiski kergeks ja painduvaks. Puidul on kõrge survetugevus ja madal tõmbetugevus. Puit on keskkonna- ja kulusõbralik, ülitugev, vastupidav ja kauakestev ning seda saab kasutada kõige ehitamiseks alates paberi valmistamisest kuni majade ehitamiseni.

Loodus on meile juba varustanud hämmastavaid materjale nagu puit. Siiski on looduse ümber alati inspiratsiooni, et kavandada ja välja töötada suure jõudlusega biomimeetilisi tehnilisi materjale, mis võiksid jäljendada looduses juba leiduvate biomaterjalide hämmastavaid omadusi. Puidu ainulaadsus tuleneb selle anisotroopsest rakustruktuurist ning madalast tihedusest ja suurest tugevusest. Viimasel ajal on teadlased püüdnud seda kontseptsiooni arvesse võttes kavandada materjale, et dubleerida puidu omadusi, nagu kõrge tugevus ja kergus. Kuid enamik uuringuid on viinud ebarahuldavate tulemusteni, kuna kavandatud materjalidel oli üks või teine ​​viga. Selle ehitamine on inseneridele endiselt suur väljakutse kunstlik puidutaolised materjalid. See on väga oluline, sest loodusliku puidu kasvatamiseks kulub aastakümneid ning aeg ja tõhusus on naturaalse puiduga sarnase materjali valmistamisel olulised kriteeriumid.

Bioinspireeritud puit

Hiina teaduse ja tehnoloogia ülikooli teadlased on välja töötanud uudse strateegia bioinspireeritud kunstliku polümeeri valmistamiseks puit suures mastaabis. Sellel tehismaterjalil on puidutaoline rakuline mikrostruktuur, hea mikrostruktuuride juhitavus ning see demonstreerib selliseid omadusi nagu kergus ja kõrge tugevus, mis on analoogsed loodusliku puidu mehaaniliste omadustega. Teadlased väidavad, et see uus materjal on sama tugev kui naturaalne puit erinevalt teistest seni uuritud puidust.

Looduses leiduv puit sisaldab looduslikku polümeeri nimega ligniini, mis vastutab puidu tugevaks muutmise eest. Ligniin seob väikesed tselluloosi kristallid kokku võrgutaoliseks struktuuriks, et luua suur tugevus. Teadlased mõtlesid ligniini replikatsioonile, kasutades sünteetilist polümeeri nimega resool, millel on sarnased omadused. Nad muutsid edukalt traditsiooniliselt saadaolevad resoolid (fenoolvaiku ja melamiinvaiku) nendeks kunstpuit nagu materjal. Konversioon saavutati esmalt polümeeri resooli isekoosnemisomaduste kasutamisega ja seejärel nende töötlemisega. Isekoostumiseks külmutati vedelad termostaatvaigud ühesuunaliselt, seejärel kõvendati (ristseotud või polümeriseeriti) temperatuuril mitte üle 200 kraadi Celsiuse järgi. Valmistatud puidul on rakulaadne struktuur, mis sarnaneb väga naturaalse puidu struktuuriga. Seejärel viidi tehispolümeerpuidu tootmiseks läbi termokõvastumine – protsess, mis koosneb temperatuurist põhjustatud keemilisest muutusest (siin polümerisatsioon) resoolis. Sellise materjali pooride suurust ja seina paksust saab käsitsi juhtida. Lisaks sellele saab resooli valmistatavaid kristalliite muuta ka vastavalt puiduliigile. Värvi saab muuta ka resooli koos hoidvate kristalliitide lisamise või vahetamisega. Kui seda töödeldud puitu kokku suruda, on selle vastupidavus sarnane loomuliku puiduga. Uuringus kirjeldatud lähenemisviisi võib nimetada ka roheliseks lähenemisviisiks tehispuidu valmistamiseks, kus saab kasutada nanomaterjalidest, nagu tselluloosi nanokiud ja grafeenoksiid, komposti.

Huvitav on see, et kunstlikul puidul on loodusliku puiduga võrreldes parem korrosioonikindlus vee ja happe suhtes, eeldades, et selle mehaanilised omadused ei halvene. See tähendab, et kunstpuit peab vastu ekstreemsetele ilmastikunähtustele ja seda saaks paremini kaitsta. See näitab ka paremat soojusisolatsiooni ja paremat tulekindlust ning ei sütti kergesti nagu looduslik puit, peamiselt seetõttu, et resool on tuleaeglustav. See võib olla õnnistuseks sellistele sektoritele nagu tootmine ja ehitus, eriti elamud, mis süttivad naturaalsest puidust ehitamisel. Materjal sobib ideaalselt karmidesse ja karmidesse keskkondadesse, kuna see on naturaalse puiduga võrreldes üsna täiustatud. See on tugevuse ja soojusisolatsiooniomaduste poolest ainulaadne võrreldes standardsete tehniliste materjalidega, nagu rakukeraamika ja aerogeelid. Samuti on see oma suurema tugevuse tõttu tõhusam kui enamik plastik-puitkomposiite. Töödeldud puidul on üsna palju omadusi, mis muudavad selle tõhusamaks.

Selles uuringus kirjeldatud uudne strateegia avaldati aastal Teadus ettemaksed pakub uusi võimalusi suure jõudlusega biomimeetiliste tehniliste komposiitmaterjalide valmistamiseks ja projekteerimiseks, millel on märkimisväärne eelis nende traditsiooniliste kolleegidega võrreldes. Sellistel uudsetel materjalidel võib olla laialdasi rakendusi paljudes valdkondades.

***

{Saate lugeda esialgset uurimistööd, klõpsates alltoodud allika(te) loendis DOI lingil}

Allikas (d)

Zhi-Long Y jt. 2018. aasta bioinspireeritud polümeerpuit. Teadus ettemaksed. 4 lõige 8.
https://doi.org/10.1126/sciadv.aat7223

***

SCIEU meeskond
SCIEU meeskondhttps://www.ScientificEuropean.co.uk
Scientific European® | SCIEU.com | Olulised edusammud teaduses. Mõju inimkonnale. Inspireerivad meeled.

Telli meie uudiskiri

Värskeimate uudiste, pakkumiste ja eriteadetega.

Kõige populaarsemad artiklid

Kuidas lipiid analüüsib iidseid toitumisharjumusi ja kulinaarseid tavasid

Lipiidijääkide kromatograafia ja ühendispetsiifiline isotoopide analüüs...

Hiljuti tuvastatud närvisignaalide rada tõhusaks valu leevendamiseks

Teadlased on tuvastanud selge närvisignaali edastamise raja, mis võib ...

Varajase universumi vanim must auk seab väljakutse musta augu mudelile...

Astronoomid on tuvastanud vanima (ja kõige kaugema)...
- Reklaam -
94,239Fännidnagu
47,615järgijaidjärgima
1,772järgijaidjärgima
30AbonentideSoovin uudiskirja