صفحه نخست / اخبار علمی / چوبی مستحکم تر از فولاد
کتاب فرمول پی (π) (نسخه چاپی)

چوبی مستحکم تر از فولاد

پژوهشگران در مقاله ای جدید توضیح داده اند که حمام شیمیایی و پرس گرم، چوب معمولی را به ماده ای تبدیل می کند که از فولاد هم مستحکم تر است. این فرآیند و دیگر فرآیندهای مشابه می توانند چوب را به جایگزینی دوستدار محیط زیست برای پلاستیک و فلزات مصرفی در صنایع خودروسازی و ساختمان سازی تبدیل کند.

Li Teng استاد مهندسی مکانیک در دانشگاه مریلند و از نویسندگان این مقاله که هفتم فوریه ۲۰۱۸ در نشریه نیچر منتشر شده، می گوید: آنچه ما ساخته ایم، کلاس جدیدی از مصالح است که توانایی های بسیار زیادی دارد.» چوب، ماده ای ارزشمند و یکی از مهم ترین مصالح اولیه برای ساخت اجسام مختلف است. از این ماده سلولزی نسبتاً ارزان، به سادگی می توان برای ساخت ابزارها و سازه های مختلف بهره گرفت و از همه مهم تر، عموم مردم از استفاده و کار کردن با آن احساس خوبی دارند.

پژوهشگران ده ها سال است که برای افزایش مقاومت چوب تلاش می کنند. برخی افراد تلاش کرده اند با تزریق نانولوله ها به سلولز، مواد جدیدی بسازند. سلولز، پلیمر طبیعی سختی است و درون سلول های لوله ای شکلی که آب را به درون بافت گیاه می کشند، وجود دارد.

لی و همکارانش برای افزایش مقاومت چوب، روش دیگری در پیش گرفتند و بر بهینه سازی ساختار متخلخل چوب طبیعی تمرکز کرده اند. آنها ابتدا به مدت ۷ ساعت، انواع مختلفی از چوب را مانند چوب بلوط درون محلولی از سدیم هیدروکسید و سدیم سولفیت جوشاندند. بیشتر سلولز نشاسته ای در این فرآیند دست نخورده باقی ماند، اما بخشی از ترکیبات احاطه کننده سلولز مانند پلیمر لیگنین که سلولزها را به هم متصل می کند، در این فرآیند جدا شد و بدین سان، فضای خالی بیشتری درون ساختار چوب به وجود آمد.

در مرحله بعد، پژوهشگران چوب را به مدت یک روز، مانند ساندویچ پانینی در دمای ۱۰۰ درجه سانتیگراد تحت فشار قرار دادند. نتیجه این فرآیند، قطعه چوبی بود که هر چند ضخامتش به یک پنجم کاهش پیدا کرده بود، اما چگالی اش سه برابر چگالی چوب معمولی و استحکامش ۱۱.۵ برابر چوب معمولی بود. تلاش های پیشین برای افزایش چگالی چوب، استحکام آن را بین سه تا چهار برابر افزایش داده بودند.

اما راز این افزایش چشمگیر استحکام چه بود؟

پژوهشگران با استفاده از میکروسکوپ الکترونی پویشی (SEM) متوجه شدند که طی پرس داغ، لوله های سلولزی خرد و درون هم قفل شده اند. به بیان دیگر، همه نانوفیبرها در جهت رشد هم راستا شده بودند.

برای آزمایش سختی چوب جدید، پژوهشگران گلوله هایی را با استفاده از تفنگ بادی به آن شلیک کردند که معمولاً برای بررسی مقاومت خودروهای زره پوش نظامی بکار می روند. آنها پنج لایه از ماده جدید را به هم لمینیت کردند تا به قطعه ای با ضخامت تنها ۳ میلیمتر دست یابند؛ اما همین چوب پنج لایه توانست پرتابه ای فولادی به وزن ۴۶ گرم را با سرعت ۳۰ متر بر ثانیه شلیک شده بود، متوقف کند.

درست است که سرعت این پرتابه به مراتب کمتر از سرعت چند صد متر بر ثانیه ای است که بیشتر گلوله ها هنگام خروج از لوله تفنگ به آن دست می یابند، اما نزدیک به سرعت عموم خودروها هنگام تصادف است. با توجه به عملکرد خوب این ماده، می توان آن را به عنوان ماده ای جایگزین برای ساخت بخش هایی از خودرو در نظر گرفت.

اما برخی پژوهشگران نسبت به این روش انتقاداتی را مطرح می کنند. گروهی می گویند که نیازی به مرحله گران قیمت جدا کردن لیگنین از چوب نیست و همان پرس داغ برای افزایش مقاومت چوب کفایت می کند. آنها به نتایج آزمایشی در دانشگاه ایالتی اورگان اشاره می کنند که قطعه ای ۲۴ لایه از چوب چگالیده (بدون حمام شیمیایی) توانست گلوله ای ۹ میلیمتری را که از سلاح کمری شلیک شده بود، متوقف کند. گروهی دیگر هم معتقدند باقی ماندن بخشی از لیگنین به استحکام بیشتر چوب کمک می کند. آنها معتقدند بالاترین استحکام چوب در شرایطی اتفاق می افتد که حدود ۴۵ درصد از لیگنین درون آن خارج شود.

کتاب فرمول پی (π) (نسخه چاپی)

درباره admin

همچنین بررسی کنید.

بازیافت گجت ها راحت تر خواهد شد

بازیافت گجت ها راحت تر خواهد شد

تقریباً تمام کاری که صنعت لوازم الکترونیک مصرفی در مورد یک محصول انجام می دهد، …

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *