Wetenskaplikes het kunsmatige hout vervaardig uit sintetiese harse wat, terwyl dit natuurlike hout naboots, verbeterde eienskappe vir multifunksionele gebruik vertoon.
Hout is 'n organiese veselagtige weefsel wat in bome, bosse en struike voorkom. Hout kan genoem word as die nuttigste en miskien die mees veelsydige materiaal op vliegtuig Aarde. Dit word al duisende jare vir verskeie doeleindes gebruik en word hoogs opgemerk vir sy lae digtheid en hoë sterkte. Die unieke anisotropiese sellulêre struktuur (dws verskillende eienskappe in verskillende rigtings) van hout gee dit wonderlike meganiese eienskappe en maak dit sterk, styf maar steeds lig en buigsaam. Hout het hoë druksterkte en lae treksterkte. Hout is omgewings- en kostevriendelik, supersterk, duursaam en hou lank en kan gebruik word om net enigiets van papier te maak tot huise te bou.
Die natuur het ons reeds van wonderlike materiale soos hout voorsien. Tog is daar altyd 'n inspirasie wat om die natuur draai vir ons om hoëprestasie biomimetiese ingenieursmateriaal te ontwerp en te ontwikkel, een wat die wonderlike eienskappe van biomateriale wat reeds in die natuur gevind word, kan 'naboots'. Die uniekheid van hout kom van sy anisotropiese sellulêre struktuur saam met lae digtheid en hoë sterkte. In die onlangse verlede het wetenskaplikes probeer om materiale te ontwerp met inagneming van hierdie konsep in 'n poging om eienskappe van hout soos hoë sterkte en liggewig te dupliseer. Die meeste van die navorsing het egter tot onbevredigende resultate gelei aangesien die materiaal wat ontwerp is, aan een of ander fout gely het. Dit bly steeds 'n groot uitdaging vir ingenieurs om te bou kunsmatige houtagtige materiale. Dit is van hoë relevansie, want dit neem dekades om natuurlike hout te kweek en tyd en doeltreffendheid is 'n sterk maatstaf wanneer 'n materiaal soortgelyk aan natuurlike hout gemaak word.
Bio-geïnspireerde hout
Navorsers van die Universiteit van Wetenskap en Tegnologie van China het 'n nuwe strategie bedink vir die vervaardiging van bio-geïnspireerde kunsmatige polimeer hout op groot skaal. Hierdie kunsmatige materiaal het houtagtige sellulêre mikrostruktuur, goeie beheerbaarheid in mikrostrukture en sal eienskappe soos liggewig en hoë sterkte demonstreer analoog aan die meganiese eienskappe van natuurlike hout. Navorsers sê dat hierdie nuwe materiaal so sterk soos natuurlike hout is, anders as enige ander gemanipuleerde hout wat tot dusver nagevors is.
Hout wat in die natuur voorkom, bevat 'n natuurlike polimeer genaamd lignien wat verantwoordelik is om die hout sterk te maak. Lignien bind klein kristalliete van sellulose saam in 'n maasagtige struktuur om hoë sterkte te skep. Navorsers het daaraan gedink om lignien te repliseer deur 'n sintetiese polimeer genaamd resol te gebruik wat soortgelyke eienskappe het. Hulle het tradisioneel beskikbare resols (fenoliese hars en melamienhars) suksesvol omgeskakel na kunshout soos materiaal. Die omskakeling is bewerkstellig deur eers selfsamestellende eienskappe van die polimeerresol te gebruik en dan deur die herharding te ondergaan. Om selfsamestelling te bewerkstellig, is vloeibare termostaatharse eenrigtinggevries, dan gehard (verkruis of gepolimeriseer) by temperature nie meer as 200 grade Celsius nie. Die vervaardigde hout wat vervaardig word, neem 'n selagtige struktuur aan wat baie ooreenstem met dié van natuurlike hout. Vervolgens is termoharding – 'n proses wat bestaan uit temperatuur-geïnduseerde chemiese verandering (hier, polimerisasie) in resol – uitgevoer om kunsmatige polimeriese hout te produseer. Die poriegrootte en wanddikte van so 'n materiaal kan met die hand beheer word. Nie net dit nie, die kristalliete wat resol maak kan ook verander word op grond van die vereiste van die tipe hout. Die kleur kan ook verander word deur die kristalliete wat resol bymekaar hou by te voeg of te verander. Wanneer hierdie vervaardigde hout saamgepers word, vertoon dit weerstand soortgelyk aan sy natuurlike eweknie. Die benadering wat in die studie beskryf word, kan ook bestempel word as 'n groen benadering om kunsmatige hout te berei waarin kompos van nanomateriale soos sellulose nanovesels en grafeenoksied gebruik kan word.
Interessant genoeg vertoon vervaardigde kunsmatige hout beter korrosiebestandheid teen water en suur in vergelyking met natuurlike hout, terwyl dit geen afname in sy meganiese eienskappe aanvaar nie. Dit beteken dat kunsmatige hout uiterste weersomstandighede kan weerstaan en verbeter sal word om beskerming te bied. Dit toon ook beter termiese isolasie en verbeterde weerstand teen brand en sal nie maklik vlamvat soos natuurlike hout nie, hoofsaaklik omdat resol brandvertragend is. Dit kan 'n seën wees vir sektore soos vervaardiging en konstruksie, veral residensiële geboue wat vlam vat wanneer dit met natuurlike hout gebou word. Die materiaal is ideaal vir taai en strawwe omgewings, aangesien dit nogal verbeter is in vergelyking met natuurlike hout. Dit is uniek in vergelyking met standaard ingenieursmateriale soos sellulêre keramiek en aerogels met betrekking tot sterkte en termiese isolasie eienskappe. Dit is ook meer effektief as die meeste plastiek-hout-komposiete as gevolg van sy hoër sterkte. Die vervaardigde hout het 'n hele magdom eienskappe wat dit meer doeltreffend maak.
Die nuwe strategie wat in hierdie studie beskryf word, gepubliseer in Wetenskap Voorskotte bied nuwe maniere om 'n verskeidenheid hoëprestasie biomimetiese ingenieurswese saamgestelde materiale te vervaardig en te ontwerp wat 'n beduidende voordeel bo hul tradisionele eweknieë sal hê. Sulke nuwe materiale kan wye toepassings in baie velde hê.
***
Bronne)
Zhi-Long Y et al. 2018 Biogeïnspireerde polimeriese hout. Wetenskap Voorskotte. 4 (8).
https://doi.org/10.1126/sciadv.aat7223
***
