Vědci vyrobili umělé dřevo ze syntetických pryskyřic, které při napodobování přírodního dřeva vykazuje zlepšené vlastnosti pro multifunkční použití.
Dřevo je an organický vláknitá tkáň nacházející se ve stromech, keřích a keřích. Dřevo lze nazvat nejužitečnějším a možná nejuniverzálnějším materiálem planeta Země. Používá se po tisíce let pro různé účely a je velmi známý pro svou nízkou hustotu a vysokou pevnost. Jedinečná anizotropní buněčná struktura (tj. různé vlastnosti v různých směrech) dřevu propůjčuje úžasné mechanické vlastnosti a dělá ho pevným, tuhým, ale přesto lehkým a pružným. Dřevo má vysokou pevnost v tlaku a nízkou pevnost v tahu. Dřevo je šetrné k životnímu prostředí a nákladům, je super pevné, trvanlivé a má dlouhou životnost a lze jej použít na stavbu čehokoli, od výroby papíru po stavbu domů.
Příroda nám již poskytla úžasné materiály, jako je dřevo. Přesto vždy existuje inspirace, která se točí kolem přírody, abychom navrhli a vyvinuli vysoce výkonné biomimetické inženýrské materiály, které by mohly „napodobit“ úžasné vlastnosti biomateriálů, které se již v přírodě nacházejí. Jedinečnost dřeva spočívá v jeho anizotropní buněčné struktuře spolu s nízkou hustotou a vysokou pevností. V nedávné minulosti se vědci pokoušeli navrhnout materiály zvažující tento koncept ve snaze duplikovat vlastnosti dřeva, jako je vysoká pevnost a lehkost. Většina výzkumu však vedla k neuspokojivým výsledkům, protože navržené materiály trpěly jedním nebo druhým nedostatkem. Pro inženýry stále zůstává podstatnou výzvou k jeho konstrukci umělý materiály podobné dřevu. To je velmi důležité, protože vypěstování přírodního dřeva trvá desetiletí a čas a efektivita jsou silným kritériem při hledání materiálu podobného přírodnímu dřevu.
Bioinspirované dřevo
Výzkumníci z University of Science and Technology of China vymysleli novou strategii pro výrobu bioinspirovaných umělých polymerů. dřevo ve velkém měřítku. Tento umělý materiál má buněčnou mikrostrukturu podobnou dřevu, dobrou ovladatelnost v mikrostrukturách a vykazuje vlastnosti jako lehkost a vysokou pevnost analogické mechanickým vlastnostem přírodního dřeva. Výzkumníci uvádějí, že tento nový materiál je stejně silný jako přírodní dřevo na rozdíl od jiných umělých dřev, která byla dosud zkoumána.
Dřevo v přírodě obsahuje přírodní polymer zvaný lignin, který je zodpovědný za pevnost dřeva. Lignin váže malé krystality celulózy dohromady do síťovité struktury a vytváří tak vysokou pevnost. Výzkumníci uvažovali o replikaci ligninu pomocí syntetického polymeru zvaného resol, který má podobné vlastnosti. Úspěšně přeměnili tradičně dostupné rezoly (fenolové pryskyřice a melaminové pryskyřice) na umělé dřevo jako materiál. Konverze bylo dosaženo nejprve využitím vlastností samouspořádání polymerního rezolu a poté podrobením mokuturaci. Pro dosažení vlastní montáže byly kapalné termostatové pryskyřice jednosměrně zmrazeny a poté vytvrzeny (zesíťovány nebo polymerizovány) při teplotách ne vyšších než 200 stupňů Celsia. Vyrobené dřevo má buněčnou strukturu velmi podobnou struktuře přírodního dřeva. Následně bylo provedeno termotvrzení – proces sestávající z teplotně indukované chemické změny (zde polymerace) v rezolu – za účelem výroby umělých polymerních dřev. Velikost pórů a tloušťku stěny takového materiálu lze ovládat ručně. Nejen to, krystality, které resol vytváří, lze také měnit na základě požadavku typu dřeva. Barva může být také změněna přidáním nebo výměnou krystalitů, které drží rezol pohromadě. Když je toto upravené dřevo slisováno, vykazuje odolnost podobnou jeho přirozenému protějšku. Přístup popsaný ve studii lze také nazvat jako zelený přístup k přípravě umělého dřeva, kde lze použít kompost z nanomateriálů, jako jsou celulózová nanovlákna a oxid grafenu.
Je zajímavé, že umělé dřevo vykazuje lepší odolnost proti korozi vůči vodě a kyselinám ve srovnání s přírodním dřevem, aniž by došlo ke zhoršení jeho mechanických vlastností. To znamená, že umělé dřevo odolává extrémním povětrnostním vlivům a zlepšilo by se v poskytování ochrany. Vykazuje také lepší tepelnou izolaci a lepší odolnost vůči ohni a nevznítilo by se snadno jako přírodní dřevo, hlavně proto, že rezol je retardér hoření. To může být přínosem pro odvětví, jako je výroba a stavebnictví, zejména obytné budovy, které při stavbě z přírodního dřeva vzplanou. Materiál se ideálně hodí do houževnatých a drsných prostředí, protože je ve srovnání s přírodním dřevem značně lepší. Je jedinečný ve srovnání se standardními inženýrskými materiály, jako je buněčná keramika a aerogely, pokud jde o pevnost a tepelně izolační vlastnosti. Je také účinnější než většina kompozitů plast-dřevo díky vyšší pevnosti. Umělé dřevo má spoustu vlastností, díky kterým je efektivnější.
Nová strategie popsaná v této studii publikované v Věda Zálohy poskytuje nové cesty k výrobě a konstrukci různých vysoce výkonných biomimetických inženýrských kompozitních materiálů, které budou mít určitou významnou výhodu oproti svým tradičním protějškům. Tyto nové materiály mohou mít široké uplatnění v mnoha oblastech.
***
{Původní výzkumný dokument si můžete přečíst kliknutím na odkaz DOI uvedený níže v seznamu citovaných zdrojů}
Zdroje)
Zhi-Long Y a spol. 2018 Bioinspirovaná polymerní dřeva. Věda Zálohy. 4 (8).
https://doi.org/10.1126/sciadv.aat7223
***
