Экспериментируя с альтернативными методами обработки древесины, ученые придумали новую закаленную форму натурального материала, из которой можно сделать острые ножи и прочные гвозди. Команда сообщает, что полученные ножи почти в три раза острее, чем стандартный нож для обеденного стола, и их даже можно бросить в посудомоечную машину после использования.
Эта новая стойкая форма дерева - дело рук ученых из Университета Мэриленда, которые поставили перед собой задачу повысить естественную прочность материала, заключающуюся в целлюлозе, уплотненной внутри. Целлюлоза является основным компонентом древесины, составляя от 40 до 50 процентов материала, и сама по себе имеет более высокое отношение прочности к плотности, чем многие технические материалы, включая керамику, металлы и полимеры.
Но остаток древесины, состоящий из связующих материалов - гемицеллюлозы и лигнина, снижает ее общую прочность и ограничивает область применения. Авторы исследования решили удалить эти более слабые части древесины, сохранив структуру целлюлозы.
«Это двухэтапный процесс», - говорит старший автор Тэн Ли. «На первом этапе мы частично делигнифицируем древесину. Обычно древесина очень жесткая, но после удаления лигнина она становится мягкой, гибкой и несколько податливой. На втором этапе мы делаем горячий пресс, прикладывая давление и тепло к химически обработанной древесине, чтобы уплотнить ее и удалить воду».
Затем из закаленной древесины вырезали нож и покрывали минеральным маслом, которое противодействует естественной тенденции целлюлозы впитывать воду, продлевая срок службы материала, сохраняя остроту лезвия и делая его безопасным для мытья в посудомоечной машине. По словам ученых, нож из такой преобразованной древесины почти в три раза острее ножа для обеденного стола из нержавеющей стали и в 23 раза тверже, чем из натурального дерева. Его использовали для легкого разрезания стейка средней прожарки.
«Прочность куска материала очень чувствительна к размеру и плотности дефектов, таких как пустоты, каналы или ямки», - говорит Ли. «Двухэтапный процесс, который мы используем для обработки натуральной древесины, значительно уменьшает или устраняет дефекты натуральной древесины, поэтому этих каналов для транспортировки воды или других питательных веществ в дереве почти нет».
Отдельно команда использовала новую сверхтвердую древесину для изготовления гвоздей, которые были не только устойчивы к ржавчине, но и были такими же острыми, как и обычные стальные гвозди. Ученые продемонстрировали это, используя свои деревянные гвозди, чтобы сколотить вместе три деревянные доски, что они и сделали, не повредив гвозди.
Ученые надеются, что эта новая форма древесины станет экологически чистой альтернативой стали и керамике, которые необходимо формировать в печах при экстремальных температурах. Потребуются дополнительные исследования, чтобы точно установить, насколько энергоэффективен производственный процесс, но ученые с оптимизмом смотрят на потенциал сверхтвердой древесины.
«На нашей кухне есть много деревянных предметов, которые мы используем очень долго, например, разделочная доска, палочки для еды или скалка», - говорит Ли. «Эти ножи тоже можно использовать много раз, если вы восстановите их поверхность, заточите и проведете такой же регулярный уход».
Исследование было опубликовано в журнале Matter.
Источник: Cell Press viaEurekAlert
