Door hout te weken in een mix van chemicaliën en het vervolgens samen te persen en te verwarmen, hebben onderzoekers een materiaal gecreëerd dat sterker is dan staal, schrijft Sid Perkins voor Scientific American .
gerelateerde inhoud
- Net als Octopus Skin gaat dit nieuwe materiaal in seconden van 2D naar 3D
- Is schimmel het materiaal van de toekomst?
Materiaalwetenschappers werken al tientallen jaren - hout persen, koelen en door rollen laten gaan, het behandelen met ammoniak of stoom - allemaal in de naam van het creëren van een sterk, taai materiaal gemaakt van een relatief hernieuwbare hulpbron. Het nieuwe hout is drie keer zo dicht als natuurlijk hout en 12 keer sterker, melden de onderzoekers in een nieuwe studie gepubliceerd in het tijdschrift Nature .
"Zacht hout zoals dennen of balsa, die snel groeien en milieuvriendelijker zijn, kunnen trager groeiende maar dichtere houtsoorten zoals teak, in meubels of gebouwen vervangen, " zegt Liangbing Hu, een materiaalwetenschapper aan de Universiteit van Maryland, College Park en een van de auteurs van de studie, volgens een persbericht.
Andere methoden om hout te "verdichten" produceren materiaal dat de neiging heeft om terug te expanderen naar zijn oorspronkelijke grootte en vorm wanneer de luchtvochtigheid toeslaat, vertelt Perkins. De nieuwe aanpak verbetert hout op een manier die vochtbestendig is door een uniformer dicht eindresultaat te creëren.
"Dit soort hout kan worden gebruikt in auto's, vliegtuigen, gebouwen - elke toepassing waarbij staal wordt gebruikt", vertelt Hu aan David Grossman, rapporterend voor Popular Mechanics . Wolkenkrabbers van de toekomst kunnen zelfs uit hout worden gebouwd.
Het proces begint met het weken van hout in een bad van natriumhydroxide en natriumsulfaat. Deze twee chemicaliën werken samen om lignine en hemicellulose gedeeltelijk te verwijderen, twee polymeren die de celwanden van planten stijf maken. Kritisch genoeg laten de chemicaliën veel van de cellulose, een derde polymeer, intact. De houten celwanden worden minder stijf en poreuzer. Vervolgens drukte de onderzoeker het hout terwijl het werd verwarmd tot ongeveer 100 graden Celsius. Hout heeft veel natuurlijke kanalen die lumina worden genoemd en die in de groeirichting lopen. Deze kanalen en celwanden storten in tijdens het hitte-en-knijp deel van het onderzoeksproces en nieuwe waterstofbruggen vormen zich tussen cellulosemoleculen, waardoor het materiaal harder wordt.
Het eindresultaat, gezien onder een microscoop, zijn lagen hout die dicht op elkaar zijn gepakt, melden de onderzoekers in hun artikel. Het uiteindelijke materiaal is ongeveer een vijfde van de dikte van zijn oorspronkelijke grootte maar driemaal de dichtheid.
De onderzoekers onderwierpen vervolgens hun verdichte hout aan een reeks tests om de mechanische eigenschappen ervan te meten. Ze testten het vermogen om een lading te dragen. Ze testten de stijfheid, de treksterkte (hoe goed hij trekkrachten kan weerstaan) en hoe goed hij kon buigen. Over het geheel genomen was het resultaat één ruw stuk hout. In een vochtigheidstest zwol het hout slechts ongeveer 8, 4 procent op, terwijl het nog steeds hard bleef.
Ze schoten ook een stalen projectiel op het hout met een ballistisch luchtpistool. Vijf lagen van het materiaal samen stopten een naaktslak die bewoog met de snelheid die een auto voor een botsing zou kunnen hebben, meldt Mark Zastrow voor de natuur .
De resultaten waren indrukwekkend, maar niet genoeg om sommige experts te overtuigen. Zastrow sprak met Fred Kamke aan de Oregon State University die niet betrokken was bij het nieuwe onderzoek. Kamke wees erop dat 24 lagen verdicht populierenhout in staat waren om een 9 mm kogel te stoppen die op 25 voet werd afgevuurd zonder chemische behandeling. "Deze andere methoden zijn waarschijnlijk veel goedkoper dan een kooktijd van zeven uur in een bijtende oplossing", zegt hij.
Maar Hu en zijn collega's gaan vooruit met hun 'superhout', meldt Stu Borman voor Chemical & Engineering News . Een spin-off bedrijf genaamd Inventwood hoopt de technologie op de markt te brengen en ziet een toekomst van voertuigen, vliegtuigen, zeecontainers, vloeren, pantser en meer gebouwd met gekookt, behandeld en geperst hout dat sterker is dan staal.
