A tudósok mesterséges fát állítottak elő szintetikus gyantából, amely a természetes fa utánzása mellett jobb tulajdonságokkal rendelkezik a többfunkciós felhasználáshoz
A fa egy organikus fibrous tissue found in trees, bushes and shrubs. Wood can be called as the most useful and maybe the most versatile material on bolygó Earth. It has been used for thousands of years for multiple purposes and is highly remarked for its low density and high strength. The unique anisotropic cellular structure (i.e. different properties in different directions) of wood grants it amazing mechanical properties as well making it strong, stiff but still light and flexible. Wood has high compressive strength and low tensile strength. Wood is environment and cost friendly, super strong, durable and long-lasting and can be used for building just anything from making paper to building houses.
A természet már olyan csodálatos anyagokkal látott el bennünket, mint a fa. Mégis mindig van inspiráció a természet körül, hogy nagy teljesítményű biomimetikus mérnöki anyagokat tervezzünk és fejlesszünk, amelyek képesek „utánozni” a természetben már megtalálható bioanyagok csodálatos tulajdonságait. A fa egyedisége anizotrop sejtszerkezetéből, valamint alacsony sűrűségéből és nagy szilárdságából fakad. A közelmúltban a tudósok megpróbáltak anyagokat tervezni ennek a koncepciónak a figyelembevételével, hogy megismételjék a fa tulajdonságait, például a nagy szilárdságot és a könnyűséget. A legtöbb kutatás azonban nem kielégítő eredményre vezetett, mivel a tervezett anyagok egyik-másik hibától szenvedtek. A mérnökök számára továbbra is komoly kihívást jelent az építés mesterséges faszerű anyagok. Ennek nagy jelentősége van, mivel a természetes fa termesztése évtizedekig tart, és az idő és a hatékonyság erős kritérium a természetes fához hasonló anyag előállításához.
Bioihlette fa
A Kínai Tudományos és Technológiai Egyetem kutatói új stratégiát dolgoztak ki a bioinspirált mesterséges polimer előállítására. faipari nagy mértékben. Ez a mesterséges anyag faszerű sejtes mikroszerkezettel rendelkezik, a mikrostruktúrákban jól szabályozható, és a természetes fa mechanikai tulajdonságaival analóg tulajdonságokkal rendelkezik, mint a könnyű súly és a nagy szilárdság. A kutatók azt állítják, hogy ez az új anyag olyan erős, mint a természetes fa, ellentétben az eddig kutatott többi mesterséges fával.
A természetben megtalálható fa egy természetes polimert, úgynevezett lignint tartalmaz, amely a fa erősségéért felelős. A lignin a cellulóz kis kristályait hálószerű szerkezetben köti össze, hogy nagy szilárdságot hozzon létre. A kutatók arra gondoltak, hogy a lignint egy szintetikus, rezol nevű polimerrel replikálják, amely hasonló tulajdonságokkal rendelkezik. Sikeresen alakították át a hagyományosan elérhető rezolokat (fenolgyanta és melamingyanta) azzá műfa mint az anyag. Az átalakítást először a polimer rezol önszilárdulási tulajdonságainak kihasználásával, majd azok kikeményítésével érték el. Az önszilárdulás érdekében a folyékony termosztát gyantákat egyirányú fagyasztással, majd 200 Celsius-foknál nem magasabb hőmérsékleten térhálósítottuk (térhálósítottuk vagy polimerizáltuk). Az előállított mesterséges fa sejtszerű szerkezetet vesz fel, amely nagyon hasonlít a természetes fára. Ezt követően hőkezelést – egy hőmérséklet által kiváltott kémiai változásból (itt polimerizációból) álló folyamatot a rezolban – végeztek mesterséges polimer fák előállítására. Az ilyen anyagok pórusmérete és falvastagsága manuálisan szabályozható. Nem csak a rezolból előállított krisztallitok változtathatók a fafajtától függően. A szín megváltoztatható a rezolt összetartó krisztallitok hozzáadásával vagy cseréjével is. Amikor ezt a mesterséges fát összenyomják, a természetes megfelelőjéhez hasonló ellenállást mutat. A tanulmányban leírt megközelítést zöld megközelítésnek is nevezhetjük mesterséges fák előállítására, ahol nanoanyagokból, például cellulóz nanoszálakból és grafén-oxidból álló komposzt használható.
Érdekes módon a mesterséges faanyag a természetes fához képest jobb korrózióállóságot mutat a vízzel és savval szemben, miközben feltételezi, hogy mechanikai tulajdonságai nem romlanak. Ez azt jelenti, hogy a mesterséges fa ellenáll a szélsőséges időjárási hatásoknak, és jobb védelmet nyújt. Jobb hőszigetelést és jobb tűzállóságot mutat, és nem gyullad meg könnyen, mint a természetes fa, főleg azért, mert a rezol tűzgátló. Ez áldás lehet az olyan ágazatok számára, mint a gyártás és az építőipar, különösen a lakóépületek esetében, amelyek természetes fából építve meggyulladnak. Az anyag ideális a kemény és zord környezetekhez, mivel a természetes fához képest sokkal jobb. Szilárdsági és hőszigetelő tulajdonságait tekintve egyedülálló az olyan szabványos mérnöki anyagokkal, mint a cellás kerámia és az aerogél. Nagyobb szilárdságának köszönhetően hatékonyabb is, mint a legtöbb műanyag-fa kompozit. A mesterséges fának rengeteg olyan tulajdonsága van, amelyek hatékonyabbá teszik.
Az ebben a tanulmányban ismertetett újszerű stratégia ben megjelent Tudomány előlegek új utakat kínál a nagy teljesítményű biomimetikus mérnöki kompozit anyagok különféle gyártásához és tervezéséhez, amelyek jelentős előnnyel rendelkeznek hagyományos társaikkal szemben. Az ilyen újszerű anyagok számos területen széles körben alkalmazhatók.
***
{Az eredeti kutatási cikket a hivatkozott forrás(ok) listájában lent található DOI linkre kattintva olvashatja el}
Forrás (ok)
Zhi-Long Y és mtsai. 2018 Bioihlette polimer fák. Tudomány előlegek. 4. (8) bekezdése alapján.
https://doi.org/10.1126/sciadv.aat7223
***
