Mokslininkai iš sintetinių dervų pagamino dirbtinę medieną, kuri, nors ir imituoja natūralią medieną, pasižymi pagerintomis daugiafunkcinio naudojimo savybėmis.
Mediena yra an organinis pluoštinis audinys, randamas medžiuose, krūmuose ir krūmuose. Mediena gali būti vadinama naudingiausia ir galbūt universaliausia medžiaga planeta Žemė. Jis buvo naudojamas tūkstančius metų įvairiems tikslams ir yra labai pastebimas dėl mažo tankio ir didelio stiprumo. Unikali anizotropinė ląstelinė medienos struktūra (ty skirtingos savybės skirtingomis kryptimis) suteikia jai nuostabių mechaninių savybių, taip pat daro ją tvirtą, standžią, bet vis tiek lengvą ir lanksčią. Mediena pasižymi dideliu gniuždymo stipriu ir mažu tempimo stipriu. Mediena yra draugiška aplinkai ir sąnaudoms, ypač tvirta, patvari ir ilgaamžė, todėl gali būti naudojama bet kokiam statybai – nuo popieriaus gamybos iki namų statybos.
Gamta jau suteikė mums nuostabių medžiagų, tokių kaip mediena. Tačiau aplink gamtą visada sukasi įkvėpimas, kad galėtume kurti ir kurti aukštos kokybės biomimetines inžinerines medžiagas, tokias, kurios galėtų „mėgdžioti“ nuostabias gamtoje jau randamų biomedžiagų savybes. Medienos unikalumą lemia jos anizotropinė ląstelių struktūra, mažas tankis ir didelis stiprumas. Pastaruoju metu mokslininkai bandė kurti medžiagas, atsižvelgdami į šią koncepciją, siekdami pakartoti tokias medienos savybes kaip didelis stiprumas ir lengvumas. Tačiau dauguma tyrimų davė nepatenkinamų rezultatų, nes sukurtos medžiagos turėjo vienokių ar kitokių trūkumų. Tai vis dar yra didelis iššūkis inžinieriams statyti dirbtinis į medieną panašios medžiagos. Tai labai svarbu, nes užauginti natūralią medieną užtrunka dešimtmečius, o laikas ir efektyvumas yra svarbūs kriterijai, kai norima pagaminti į natūralią medieną panašią medžiagą.
Biologiškai įkvėpta mediena
Kinijos mokslo ir technologijų universiteto mokslininkai sukūrė naują biologiškai įkvėpto dirbtinio polimero gamybos strategiją. mediena dideliu mastu. Ši dirbtinė medžiaga turi medieną primenančią ląstelinę mikrostruktūrą, gerą mikrostruktūrų valdymą ir pasižymi tokiomis savybėmis kaip lengvumas ir didelis stiprumas, analogiškas natūralios medienos mechaninėms savybėms. Tyrėjai teigia, kad ši nauja medžiaga yra tokia pat stipri kaip natūrali mediena, kitaip nei bet kuri kita iki šiol tirta inžinerinė mediena.
Gamtoje aptinkamoje medienoje yra natūralaus polimero, vadinamo ligninu, kuris yra atsakingas už medienos tvirtumą. Ligninas sujungia mažus celiuliozės kristalitus į tinklelį primenančią struktūrą, kad sukurtų didelį stiprumą. Tyrėjai sumanė replikuoti ligniną naudodami sintetinį polimerą, vadinamą rezoliu, kuris turi panašių savybių. Jie sėkmingai pavertė tradiciškai prieinamas rezoles (fenolio dervą ir melamino dervą). dirbtinė mediena kaip medžiaga. Konversija buvo pasiekta iš pradžių panaudojus polimero rezolio savaiminio surinkimo savybes, o paskui jas apdorojant. Norint pasiekti savaiminį surinkimą, skystos termostatinės dervos buvo vienakrypčiai užšaldomos, po to kietinamos (sujungtos arba polimerizuotos) ne aukštesnėje kaip 200 laipsnių Celsijaus temperatūroje. Pagaminta dirbtinė mediena įgauna į ląstelę panašią struktūrą, labai panašią į natūralią medieną. Vėliau buvo atliktas terminis kietėjimas – procesas, susidedantis iš temperatūros sukeltų cheminių pokyčių (šiuo atveju polimerizacijos) rezolyje, siekiant pagaminti dirbtinę polimerinę medieną. Tokios medžiagos porų dydį ir sienelės storį galima valdyti rankiniu būdu. Ne tik tai, kad kristalitai, kuriuos gamina rezolis, taip pat gali būti keičiami atsižvelgiant į medienos rūšies reikalavimus. Spalva taip pat gali būti pakeista pridedant arba keičiant kristalitus, kurie laikosi kartu. Kai ši dirbtinė mediena suspaudžiama, ji pasižymi panašiu atsparumu, kaip ir natūrali. Tyrime aprašytas metodas taip pat gali būti vadinamas ekologišku metodu ruošiant dirbtinę medieną, kai gali būti naudojamas kompostas iš nanomedžiagų, tokių kaip celiuliozės nanopluoštai ir grafeno oksidas.
Įdomu tai, kad dirbtinė mediena pasižymi geresniu atsparumu korozijai vandeniui ir rūgštims, palyginti su natūralia mediena, tuo pačiu darant prielaidą, kad jos mechaninės savybės nesumažėja. Tai reiškia, kad dirbtinė mediena gali atsispirti ekstremalioms oro sąlygoms ir būtų geriau apsaugota. Jis taip pat pasižymi geresne šilumos izoliacija ir atsparumu ugniai ir neužsidega taip, kaip natūrali mediena, daugiausia dėl to, kad rezolis yra antipirenas. Tai gali būti palaima tokiems sektoriams kaip gamyba ir statyba, ypač gyvenamieji pastatai, kurie užsidega statant iš natūralios medienos. Medžiaga idealiai tinka atšiaurioms ir atšiaurioms aplinkoms, nes ji yra gana patobulinta, palyginti su natūralia mediena. Jis yra unikalus, palyginti su standartinėmis inžinerinėmis medžiagomis, tokiomis kaip akyta keramika ir aerogeliai, atsižvelgiant į stiprumą ir šilumos izoliacijos savybes. Jis taip pat yra efektyvesnis nei dauguma plastiko-medžio kompozitų dėl didesnio stiprumo. Sukurta mediena turi daugybę savybių, kurios daro ją efektyvesnę.
Nauja strategija, aprašyta šiame tyrime, paskelbta m Mokslas Avansu suteikia naujų galimybių gaminti ir kurti įvairias didelio našumo biomimetines inžinerines kompozicines medžiagas, kurios turės tam tikrą pranašumą prieš tradicines analogas. Tokios naujos medžiagos gali būti plačiai pritaikytos daugelyje sričių.
***
{Galite perskaityti pradinį tyrimo dokumentą spustelėję toliau pateiktą DOI nuorodą cituojamų šaltinių sąraše}
Šaltiniai)
Zhi-Long Y ir kt. 2018 Bioinspired polimerinės medienos. Mokslas Avansu. 4 straipsnio 8 dalį.
https://doi.org/10.1126/sciadv.aat7223
***
