Искусственное дерево

ИНЖЕНЕРНАЯ ТЕХНОЛОГИЯИскусственное дерево

Ученые изготовили искусственное дерево из синтетических смол, которое, имитируя натуральное дерево, демонстрирует улучшенные свойства для многофункционального использования.

Древесина - это органическая волокнистая ткань, встречающаяся в деревьях, кустах и ​​кустарниках. Древесину можно назвать самым полезным и, пожалуй, самым универсальным материалом на планете Земля. Он использовался в течение тысяч лет для различных целей и отличается низкой плотностью и высокой прочностью. Уникальная анизотропная ячеистая структура (то есть различные свойства в разных направлениях) древесины придает ей удивительные механические свойства, а также делает ее прочной, жесткой, но все же легкой и гибкой. Древесина имеет высокую прочность на сжатие и низкую прочность на разрыв. Древесина является экологически чистой и недорогой, сверхпрочной, долговечной и долговечной, и ее можно использовать для строительства чего угодно, от бумаги до строительства домов.

Природа уже предоставила нам такие удивительные материалы, как дерево. Тем не менее, природа всегда вдохновляет нас на проектирование и разработку высокоэффективных биомиметических инженерных материалов, которые могут «имитировать» удивительные свойства биоматериалов, уже обнаруженных в природе. Уникальность древесины заключается в ее анизотропной ячеистой структуре, низкой плотности и высокой прочности. В недавнем прошлом ученые пытались разработать материалы с учетом этой концепции, чтобы воспроизвести такие свойства древесины, как высокая прочность и легкость. Однако большая часть исследований привела к неудовлетворительным результатам, поскольку разработанные материалы имели один или другой недостаток. Для инженеров по-прежнему остается серьезной проблемой построить искусственный древесные материалы. Это очень важно, потому что для выращивания натурального дерева требуются десятилетия, а время и эффективность являются сильным критерием при создании материала, похожего на натуральное дерево.

Биоинспирированная древесина

Исследователи из Университета науки и технологий Китая разработали новую стратегию производства биоинспирированных искусственных полимерных материалов. дерево в больших масштабах. Этот искусственный материал имеет ячеистую микроструктуру, напоминающую древесину, хорошую управляемость в микроструктурах и демонстрирует такие свойства, как легкость и высокая прочность, аналогичные механическим свойствам натурального дерева. Исследователи утверждают, что этот новый материал так же прочен, как натуральное дерево, в отличие от любых других искусственных пород дерева, исследованных до настоящего времени.

Древесина, встречающаяся в природе, содержит природный полимер лигнин, который делает древесину прочной. Лигнин связывает мелкие кристаллиты целлюлозы вместе в сетчатую структуру, создавая высокую прочность. Исследователи подумали о репликации лигнина с помощью синтетического полимера резола, который имеет аналогичные свойства. Они успешно превратили традиционно доступные резолы (фенольную смолу и меламиновую смолу) в искусственное дерево как материал. Превращение было достигнуто путем использования сначала свойств самосборки полимерного резола, а затем его отверждения. Для достижения самосборки жидкие смолы для термостатов замораживали в одном направлении, а затем отверждали (сшивали или полимеризовали) при температурах не более 200 градусов Цельсия. Произведенная искусственная древесина имеет ячеистую структуру, очень напоминающую структуру натурального дерева. Впоследствии термическое отверждение - процесс, состоящий из химического изменения под действием температуры (в данном случае полимеризации) в резоле - был проведен для производства искусственной полимерной древесины. Размер пор и толщину стенок такого материала можно контролировать вручную. Не только это, кристаллиты, которые образуются, также могут быть изменены в зависимости от требований к породе древесины. Цвет также может быть изменен путем добавления или переключения кристаллитов, которые удерживают раствор вместе. Когда эта искусственная древесина сжимается, она проявляет сопротивление, подобное ее натуральному аналогу. Подход, описанный в исследовании, также можно назвать зеленым подходом к приготовлению искусственной древесины, в которой можно использовать компост из наноматериалов, таких как нановолокна целлюлозы и оксид графена.

Интересно, что искусственная древесина демонстрирует лучшую коррозионную стойкость к воде и кислотам по сравнению с натуральной древесиной, при этом не предполагая ухудшения ее механических свойств. Это означает, что искусственное дерево может противостоять экстремальным погодным явлениям и будет лучше обеспечивать защиту. Он также показывает лучшую теплоизоляцию и повышенную стойкость к возгоранию и не может легко воспламениться, как натуральное дерево, главным образом потому, что резол является огнестойким. Это может быть благом для таких секторов, как производство и строительство, особенно жилых домов, которые загораются при строительстве из натурального дерева. Этот материал идеально подходит для жестких и суровых условий окружающей среды, поскольку он значительно улучшен по сравнению с натуральным деревом. Он уникален по сравнению со стандартными инженерными материалами, такими как ячеистая керамика и аэрогели, с точки зрения прочности и теплоизоляционных свойств. Он также более эффективен, чем большинство композитов пластик-дерево, из-за своей более высокой прочности. Инженерная древесина обладает множеством свойств, которые делают ее более эффективной.

Новая стратегия, описанная в этом исследовании, опубликованном в Наука развивается открывает новые возможности для изготовления и разработки разнообразных высокоэффективных биомиметических инженерных композитных материалов, которые будут иметь некоторые значительные преимущества перед своими традиционными аналогами. Такие новые материалы могут найти широкое применение во многих областях.

{Вы можете прочитать исходную исследовательскую работу, щелкнув ссылку DOI, приведенную ниже в списке цитируемых источников}

Источник (ы)

Zhi-Long Y и др. 2018 Биоинспирированная полимерная древесина. Наука развивается. 4 (8).
https://doi.org/10.1126/sciadv.aat7223

Команда SCIEU
Команда SCIEUhttps://www.ScientificEuropean.co.uk
Scientific European® | SCIEU.com | Значительные достижения науки. Воздействие на человечество. Вдохновляющие умы.

Подписка на рассылку

Быть в курсе всех последних новостей, предложений и специальных объявлений.

- Реклама -

Самые популярные статьи

Изменение климата: выбросы парниковых газов и качество воздуха - не две отдельные проблемы

Изменение климата в результате глобального потепления объясняется ...

Что заставляет гинкго билоба жить тысячи лет

Деревья гинкго живут тысячи лет, развивая компенсаторные...

Новая лекарственная терапия для лечения глухоты

Исследователи успешно лечили наследственную потерю слуха у мышей...
- Реклама -
97,223Поклонникиподобно
61,902ПодписчикиПодписаться
1,880ПодписчикиПодписаться
0ПодписчикиПодписаться