Prírodné drevo a kov sú základnými stavebnými materiálmi pre ľudí už tisíce rokov. Syntetické polyméry, ktoré nazývame plasty, sú nedávnym vynálezom, ktorý explodoval v 20. storočí.
Kovy aj plasty majú vlastnosti, ktoré sú vhodné na priemyselné a komerčné využitie. Kovy sú pevné, tuhé a vo všeobecnosti odolné voči vzduchu, vode, teplu a neustálemu namáhaniu. Vyžadujú si však aj viac zdrojov (čo znamená drahšie). vyrábať a zušľachťovať svoje produkty.Plast poskytuje niektoré funkcie kovu, pričom vyžaduje menej hmoty a je veľmi lacný na výrobu.Ich vlastnosti možno prispôsobiť takmer každému použitiu. Lacné komerčné plasty však tvoria hrozné konštrukčné materiály: plastové spotrebiče nie sú dobrá vec a nikto nechce bývať v plastovom dome. Okrem toho sú často rafinované z fosílnych palív.
V niektorých aplikáciách môže prírodné drevo konkurovať kovom a plastom. Väčšina rodinných domov je postavená na drevenom ráme. Problémom je, že prírodné drevo je príliš mäkké a príliš ľahko sa poškodí vodou, aby väčšinou nahradilo plast a kov. publikované v časopise Matter skúma vytvorenie materiálu z tvrdeného dreva, ktorý prekonáva tieto obmedzenia. Tento výskum vyvrcholil vytvorením drevených nožov a klincov. Aký dobrý je drevený nôž a použijete ho v blízkej dobe?
Vláknitá štruktúra dreva pozostáva z približne 50 % celulózy, prírodného polyméru s teoreticky dobrými pevnostnými vlastnosťami. Zvyšnú polovicu drevenej štruktúry tvorí najmä lignín a hemicelulóza. Zatiaľ čo celulóza tvorí dlhé, húževnaté vlákna, ktoré drevu poskytujú kostru jeho prirodzeného Pevnosť, hemicelulóza má málo koherentnú štruktúru, a preto nič neprispieva k pevnosti dreva. Lignín vypĺňa medzery medzi celulózovými vláknami a plní užitočné úlohy pre živé drevo. Ale pre ľudské účely zhutnenia dreva a pevnejšieho spojenia jeho celulózových vlákien sa lignín stal prekážkou.
V tejto štúdii bolo prírodné drevo prerobené na tvrdené drevo (HW) v štyroch krokoch. Najprv sa drevo varí v hydroxide sodnom a sírane sodnom, aby sa odstránila časť hemicelulózy a lignínu. Po tomto chemickom ošetrení sa drevo lisovaním stáva hustejším. v lise niekoľko hodín pri izbovej teplote. Tým sa znížia prirodzené medzery alebo póry v dreve a zlepší sa chemická väzba medzi susednými celulózovými vláknami. Ďalej sa drevo natlakuje na 105 ° C (221 ° F) ešte niekoľko ďalších hodiny na dokončenie zhutnenia a potom sa vysuší. Nakoniec sa drevo ponorí do minerálneho oleja na 48 hodín, aby bol hotový výrobok vodotesný.
Jednou z mechanických vlastností konštrukčného materiálu je tvrdosť vtlačenia, ktorá je mierou jeho schopnosti odolávať deformácii pri stlačení silou. Diamant je tvrdší ako oceľ, tvrdší ako zlato, tvrdší ako drevo a tvrdší ako obalová pena. testy používané na stanovenie tvrdosti, ako je napríklad Mohsova tvrdosť používaná v gemológii, Brinellov test je jedným z nich. Jeho koncepcia je jednoduchá: guličkové ložisko z tvrdého kovu sa vtlačí do testovacej plochy určitou silou. Zmerajte priemer kruhu priehlbina vytvorená loptou. Hodnota tvrdosti podľa Brinella sa vypočíta pomocou matematického vzorca; zhruba povedané, čím väčšiu dieru loptička zasiahne, tým mäkší je materiál. V tomto teste je HW 23-krát tvrdšie ako prírodné drevo.
Väčšina neošetreného prírodného dreva absorbuje vodu. To môže drevo roztiahnuť a prípadne zničiť jeho štrukturálne vlastnosti. Autori použili dvojdňové minerálne namáčanie, aby zvýšili vodeodolnosť HW, vďaka čomu je hydrofóbnejšie („bojí sa vody“). Test hydrofóbnosti spočíva v umiestnení kvapky vody na povrch. Čím je povrch hydrofóbnejší, tým sú kvapky vody sférickejšie. Na druhej strane hydrofilný („vodu milujúci“) povrch rozprestiera kvapky naplocho (a následne ľahšie absorbuje vodu). Minerálne namáčanie teda nielenže výrazne zvyšuje hydrofóbnosť HW, ale bráni aj drevu absorbovať vlhkosť.
V niektorých inžinierskych testoch dosahovali HW nože o niečo lepšie výsledky ako kovové nože. Autori tvrdia, že HW nôž je asi trikrát ostrejší ako komerčne dostupný nôž. Tento zaujímavý výsledok má však jedno upozornenie. Výskumníci porovnávajú stolové nože, alebo to, čo by sme mohli nazvať nožmi na maslo. Tie nie sú určené na to, aby boli obzvlášť ostré. Autori ukazujú video, ako ich nôž krája steak, ale primerane silný dospelý človek by ten istý steak pravdepodobne mohol krájať tupou stranou kovovej vidličky a steakový nôž by fungoval oveľa lepšie.
A čo klince? Jeden HW klinec sa dá zjavne ľahko zatĺcť do stohu troch dosák, aj keď to nie je také detailné, pretože je to relatívne ľahké v porovnaní so železnými klincami. Drevené kolíky potom môžu dosky držať pohromade a odolávať sile, ktorá by sa roztrhla boli od seba vzdialené, s približne rovnakou húževnatosťou ako železné kolíky. Pri ich testoch však dosky v oboch prípadoch zlyhali skôr, než zlyhal niektorý z klincov, takže silnejšie klince neboli odhalené.
Sú HW klince lepšie v iných smeroch? Drevené kolíky sú ľahšie, ale hmotnosť konštrukcie nie je primárne poháňaná hmotou kolíkov, ktoré ju držia pohromade. Drevené kolíky nehrdzavejú. Nebudú však nepriepustné pre vodu resp. biorozkladať.
Niet pochýb o tom, že autor vyvinul postup, vďaka ktorému je drevo pevnejšie ako prírodné drevo. Avšak užitočnosť hardvéru na akúkoľvek konkrétnu prácu si vyžaduje ďalšie štúdium. Môže byť taký lacný a menej zdrojový ako plast? Dokáže konkurovať pevnejším , atraktívnejšie, nekonečne opakovane použiteľné kovové predmety? Ich výskum vyvoláva zaujímavé otázky. Prebiehajúce inžinierstvo (a v konečnom dôsledku trh) na ne dá odpoveď.
Čas odoslania: 13. apríla 2022
