Forskere har laget kunstig tre av syntetiske harpikser som samtidig etterligner naturlig tre viser forbedrede egenskaper for multifunksjonell bruk
Tre er en organisk fibrøst vev som finnes i trær, busker og busker. Tre kan kalles som det mest nyttige og kanskje det mest allsidige materialet på planet Jord. Den har blitt brukt i tusenvis av år til flere formål og er svært kjent for sin lave tetthet og høye styrke. Den unike anisotropiske cellestrukturen (dvs. forskjellige egenskaper i forskjellige retninger) til tre gir det fantastiske mekaniske egenskaper og gjør det sterkt, stivt, men likevel lett og fleksibelt. Tre har høy trykkfasthet og lav strekkfasthet. Tre er miljø- og kostnadsvennlig, supersterkt, slitesterkt og langvarig og kan brukes til å bygge alt fra å lage papir til å bygge hus.
Naturen har allerede gitt oss fantastiske materialer som tre. Likevel er det alltid en inspirasjon som kretser rundt naturen for oss til å designe og utvikle høyytelses biomimetiske ingeniørmaterialer, de som kan "etterligne" de fantastiske egenskapene til biomaterialer som allerede finnes i naturen. Det unike med tre kommer fra dets anisotropiske cellestruktur sammen med lav tetthet og høy styrke. I den siste tiden har forskere forsøkt å designe materialer med tanke på dette konseptet i et forsøk på å duplisere egenskaper til tre som høy styrke og lett vekt. Imidlertid har det meste av forskningen ført til utilfredsstillende resultater ettersom materialene som ble designet led av den ene eller den andre feilen. Det er fortsatt en betydelig utfordring for ingeniører å bygge kunstig trelignende materialer. Dette er av høy relevans fordi det tar tiår å dyrke naturlig tre og tid og effektivitet er et sterkt kriterium når man skal lage et materiale som ligner naturlig tre.
Bioinspirert tre
Forskere fra University of Science and Technology i Kina har utviklet en ny strategi for fremstilling av bioinspirert kunstig polymer tre i stor skala. Dette kunstige materialet har trelignende cellulær mikrostruktur, god kontrollerbarhet i mikrostrukturer og vil demonstrere egenskaper som lettvekt og høy styrke analogt med de mekaniske egenskapene til naturlig tre. Forskere sier at dette nye materialet er like sterkt som naturlig tre, i motsetning til alle andre konstruerte tresorter som er forsket på til dags dato.
Tre som finnes i naturen inneholder en naturlig polymer kalt lignin som er ansvarlig for å gjøre treet sterkt. Lignin binder små krystallitter av cellulose sammen i en mesh-lignende struktur for å skape høy styrke. Forskere tenkte på å kopiere lignin ved å bruke en syntetisk polymer kalt resol som har lignende egenskaper. De konverterte med suksess tradisjonelt tilgjengelige resoler (fenolharpiks og melaminharpiks) til kunstig tre som materiale. Konverteringen ble oppnådd ved først å bruke selvmonteringsegenskapene til polymerresolen og deretter ved å gjennomgå herding. For å oppnå selvmontering ble flytende termostatharpikser frosset i én retning, deretter herdet (tverrbundet eller polymerisert) ved temperaturer ikke mer enn 200 grader Celsius. Det konstruerte treet som produseres har en cellelignende struktur som ligner mye på naturlig tre. Deretter ble termoherding – en prosess bestående av temperaturindusert kjemisk endring (her polymerisasjon) i resol – utført for å produsere kunstig polymert tre. Porestørrelsen og veggtykkelsen til et slikt materiale kan kontrolleres manuelt. Ikke bare det, krystallittene som resol lager kan også endres basert på kravet til tretypen. Fargen kan også endres ved å legge til eller bytte krystallittene som holder resol sammen. Når dette konstruerte treet er komprimert, viser det motstand som ligner på dets naturlige motstykke. Tilnærmingen beskrevet i studien kan også betegnes som en grønn tilnærming for å tilberede kunstige tresorter der kompost av nanomaterialer som cellulosenanofibre og grafenoksid kan brukes.
Interessant nok viser konstruert kunstig tre bedre korrosjonsbestandighet mot vann og syre sammenlignet med naturlig tre, mens det antas ingen nedgang i dets mekaniske egenskaper. Dette betyr at kunstig tre kan motstå ekstreme værhendelser og vil bli bedre for å gi beskyttelse. Den viser også bedre termisk isolasjon og forbedret motstand mot brann og ville ikke lett ta fyr som naturlig tre, hovedsakelig fordi resol er brannhemmende. Dette kan være en velsignelse for sektorer som produksjon og konstruksjon, spesielt boligbygg som tar fyr når de bygges med naturlig tre. Materialet er ideelt egnet for tøffe og tøffe miljøer da det er ganske forbedret sammenlignet med naturlig tre. Det er unikt sammenlignet med standard ingeniørmaterialer som cellulær keramikk og aerogel med hensyn til styrke og varmeisolasjonsegenskaper. Det er også mer effektivt enn de fleste plast-tre-kompositter på grunn av sin høyere styrke. Det konstruerte treverket har en masse egenskaper som gjør det mer effektivt.
Den nye strategien beskrevet i denne studien publisert i Vitenskap Fremskritt gir nye veier for å fremstille og konstruere en rekke høyytelses biomimetiske komposittmaterialer som vil ha en betydelig fordel i forhold til sine tradisjonelle kolleger. Slike nye materialer kan ha brede anvendelser på mange felt.
***
{Du kan lese den originale forskningsoppgaven ved å klikke på DOI-lenken nedenfor i listen over siterte kilder}
Source (s)
Zhi-Long Y et al. 2018 Bioinspirerte polymere tresorter. Vitenskap Fremskritt. 4 (8).
https://doi.org/10.1126/sciadv.aat7223
***
