Eine neue Art der Holzbehandlung könnte ein scheinbar „gewöhnliches“ organisches Material in eine superstarke Ressource verwandeln. Ingenieure aus der Universität von Maryland hat ein Verfahren entwickelt, das das behandelte Holz 12-mal stärker als Naturholz und 10-mal härter macht. Die Forscher glauben auch, dass es mit vielen Titanlegierungen vergleichbar - wenn nicht sogar stärker als - ist und eine deutlich billigere Ressource darstellt.
Liangbing Hu von der UMD-Ingenieurschule leitete das Team und die in der letzten Ausgabe von veröffentlichten Forschungsergebnisse. Natur . Hu ist außerdem außerordentlicher Professor für Materialwissenschaft und Werkstofftechnik und Mitglied des Maryland Energy Innovation Institute.
"Dies könnte ein Konkurrent zu Stahl oder sogar Titanlegierungen sein, es ist so stark und langlebig. Es ist auch vergleichbar mit Kohlefaser, aber viel billiger" Hu sagte.
Aber wie hart ist es? Um das Holz zu testen, schoss das Team gefälschte Kugeln darauf, um zu sehen, wie es einem Treffer standhält. Das Projektil ging durch das natürliche Holz, aber das behandelte Holz stoppte die Kugel, bevor es durchbrechen konnte.
Um eine solche Festigkeit des Materials zu erreichen, komprimierten die Forscher die Fasern, indem sie bestimmte Polymere in traditionell weicheren Hölzern entfernten. Anstatt zu versuchen, die chemische Zusammensetzung des Holzes radikal zu verändern, verwendete das Team jedoch relativ einfache Methoden. Sie kochten verschiedene Artenaus Holz wie Eiche in einer Natriumhydroxid- und Natriumsulfitlösung für mehr als 7 Stunden. Diese Lösung hielt die Cellulose intakt, gab aber der porösen Struktur des Holzes mehr Platz.
Das Team nahm das Holz und drückte es einen ganzen Tag lang bei 100 Grad Celsius. Die resultierende Holzplanke war 20 Prozent dünner, aber dreimal so dicht wie die Startplanke. Vor dieser Studie testeten die meisten anderen Projekte nur ähnliche Theorienführte zu drei- oder viermal stärkeren Festigkeiten. Das Holz aus der UMD-Studie war fast zwölfmal stärker als das ursprüngliche Holz.
"Es ist so stark wie Stahl, aber sechsmal leichter. Das Brechen erfordert zehnmal mehr Energie als natürliches Holz. Es kann sogar zu Beginn des Prozesses gebogen und geformt werden."
"Es ist sowohl stark als auch zäh, eine Kombination, die normalerweise in der Natur nicht zu finden ist", sagte Teng Li, Co-Leiter des Teams und Samuel P. Langley Associate Professor für Maschinenbau an der Clark School der UMD. Sein Team maßdie mechanischen Eigenschaften des dichten Holzes: "Es ist so stark wie Stahl, aber sechsmal leichter. Das Brechen erfordert zehnmal mehr Energie als natürliches Holz. Es kann sogar zu Beginn des Prozesses gebogen und geformt werden."
Hu erwähnte, dass der Prozess nicht nur billiger ist als die Entwicklung neuerer Materialien oder sogar die Neugestaltung teurer, älterer Materialien, sondern auch das Potenzial hat, besser für die Umwelt zu sein.
"Weichhölzer wie Kiefer oder Balsa, die schnell wachsen und umweltfreundlicher sind, könnten langsamer wachsende, aber dichtere Hölzer wie Teakholz in Möbeln oder Gebäuden ersetzen", sagte Hu.
Die Arbeit des Teams hat bereits nationale und internationale Aufmerksamkeit von anderen Materialingenieuren auf sich gezogen. Orlando Rojas ist Professor an der Aalto University in Finnland. Er bezeichnete das Projekt als "herausragend" in seiner Fähigkeit, die mechanische Leistung des Holzes selbst zu maximieren.
"Eine zu geringe oder zu starke Entfernung verringert die Festigkeit im Vergleich zu einem Maximalwert, der bei einer Zwischen- oder Teilentfernung von Lignin erreicht wird", sagte Rojasherausragendes Interesse ist die Tatsache, dass die Holzverdichtung sowohl zu einer erhöhten Festigkeit als auch zu einer erhöhten Zähigkeit führt, zwei Eigenschaften, die sich normalerweise gegenseitig ausgleichen. "
Via : Universität von Maryland