Durch Einweichen und Erhitzen von Holz in einer Mischung von Chemikalien haben Forscher ein Material geschaffen, das fester ist als Stahl, schreibt Sid Perkins für Scientific American .
Verwandte Inhalte
- Wie Octopus Skin geht dieses neue Material in Sekundenschnelle von 2D zu 3D
- Ist Pilz das Material der Zukunft?
Materialwissenschaftler arbeiten seit Jahrzehnten daran, Holz zu quetschen, es abzukühlen und durch Walzen zu leiten, es mit Ammoniak oder Dampf zu behandeln, um ein starkes, zähes Material aus einem relativ erneuerbaren Rohstoff zu schaffen. Das neue Holz ist dreimal so dicht wie Naturholz und zwölfmal stärker, berichten die Forscher in einer neuen Studie, die in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht wurde .
„Weichhölzer wie Kiefer oder Balsa, die schnell wachsen und umweltfreundlicher sind, könnten langsamer wachsende, aber dichtere Hölzer wie Teakholz in Möbeln oder Gebäuden ersetzen“, sagt Liangbing Hu, Materialwissenschaftler an der University of Maryland, College Park und Einer Pressemitteilung zufolge einer der Autoren der Studie.
Andere Methoden zum "Verdichten" von Holz produzieren Material, das sich bei Feuchtigkeit tendenziell wieder in seine ursprüngliche Größe und Form ausdehnt, sagt Perkins. Der neue Ansatz verbessert Holz auf eine Weise, die feuchtigkeitsbeständig ist, indem ein gleichmäßig dichteres Endergebnis erzielt wird.
„Diese Art von Holz kann in Autos, Flugzeugen und Gebäuden verwendet werden - für jede Anwendung, in der Stahl verwendet wird“, berichtet Hu gegenüber David Grossman von Popular Mechanics . Hochhäuser der Zukunft könnten sogar aus Holz gebaut werden.
Der Prozess beginnt mit dem Einweichen von Holz in einem Bad aus Natriumhydroxid und Natriumsulfat. Diese beiden Chemikalien arbeiten zusammen, um teilweise Lignin und Hemicellulose zu entfernen, zwei Polymere, die die Zellwände von Pflanzen versteifen. Entscheidend ist, dass die Chemikalien einen Großteil der Cellulose, ein drittes Polymer, intakt lassen. Die Holzzellwände werden weniger steif und poröser. Als nächstes drückte der Forscher das Holz, während er es auf etwa 100 Grad Celsius erhitzte. Holz hat viele natürliche Kanäle, die Lumina genannt werden und in Wachstumsrichtung verlaufen. Diese Kanäle und Zellwände brechen während des Hitze-und-Quetsch-Prozesses der Forscher zusammen und es bilden sich neue Wasserstoffbrücken zwischen den Cellulosemolekülen, die das Material zäher machen.
Das Endergebnis, unter dem Mikroskop gesehen, sind dicht beieinander liegende Holzschichten, berichten die Forscher in ihrer Arbeit. Das endgültige Material ist ungefähr ein Fünftel der Dicke seiner ursprünglichen Größe, aber das Dreifache der Dichte.
Die Forscher unterzogen ihr verdichtetes Holz dann einer Reihe von Tests, um seine mechanischen Eigenschaften zu messen. Sie testeten seine Belastbarkeit. Sie testeten seine Steifheit, seine Zugfestigkeit (wie gut es Zugkräften standhält) und wie gut es sich biegen konnte. Insgesamt war das Ergebnis ein raues Stück Holz. Bei einem Feuchtigkeitstest quoll das Holz nur um 8, 4 Prozent und blieb dennoch zäh.
Sie feuerten auch mit einer ballistischen Luftpistole ein Stahlprojektil auf das Holz. Fünf Schichten des Materials zusammen hielten eine Schnecke an, die sich mit der Geschwindigkeit bewegte, die ein Auto vor einer Kollision haben könnte, berichtet Mark Zastrow von Nature .
Die Ergebnisse waren beeindruckend, aber nicht genug, um einige Experten zu überzeugen. Zastrow sprach mit Fred Kamke von der Oregon State University, der an der neuen Forschung nicht beteiligt war. Kamke wies darauf hin, dass 24 Schichten verdichtetes Pappelholz in der Lage waren, eine auf 25 Fuß abgefeuerte 9-mm-Kugel zu stoppen, ohne dass eine chemische Behandlung erforderlich war. "Diese anderen Methoden sind wahrscheinlich viel billiger als ein siebenstündiges Kochen in einer ätzenden Lösung", sagt er.
Aber Hu und seine Kollegen kommen mit ihrem "Superholz" voran, berichtet Stu Borman von Chemical & Engineering News . Ein Spin-off-Unternehmen namens Inventwood hofft, die Technologie zu vermarkten und eine Zukunft für Fahrzeuge, Flugzeuge, Schiffscontainer, Fußböden, Panzerungen und mehr zu sehen, die aus gekochtem, behandeltem und komprimiertem Holz hergestellt werden, das stärker als Stahl ist.
