أقوى من الفولاذ ، قادر على إيقاف رصاصة مسرعة - إنه خشب ممتاز
أقوى من الفولاذ ، قادر على إيقاف رصاصة مسرعة - إنه خشب ممتاز
فيديو: أقوى من الفولاذ ، قادر على إيقاف رصاصة مسرعة - إنه خشب ممتاز
فيديو: اغرب واخطر 5 رصاصات في العالم 2023, شهر فبراير
Anonim

يمكن أن تجعل العمليات البسيطة الخشب صلبًا أو مقاومًا للصدمات أو حتى شفافًا.

أقوى من الفولاذ ، قادر على إيقاف رصاصة مسرعة - إنه خشب ممتاز
أقوى من الفولاذ ، قادر على إيقاف رصاصة مسرعة - إنه خشب ممتاز

تشتهر بعض أنواع الخشب ، مثل البلوط والقيقب ، بقوتها. لكن العلماء يقولون إن عملية جديدة بسيطة وغير مكلفة يمكن أن تحول أي نوع من الخشب إلى مادة أقوى من الفولاذ ، وحتى بعض سبائك التيتانيوم عالية التقنية. إلى جانب الانعطاف النجمي في المباني والمركبات ، يمكن استخدام هذه المادة لصنع ألواح دروع مقاومة للرصاص.

الخشب وفير ومنخفض التكلفة نسبيًا - ينمو حرفياً على الأشجار. وعلى الرغم من استخدامه لآلاف السنين لبناء كل شيء من الأثاث إلى المنازل والهياكل الأكبر حجمًا ، نادرًا ما يكون الخشب غير المعالج قويًا مثل المعادن المستخدمة في البناء. حاول الباحثون منذ فترة طويلة تعزيز قوتها ، خاصة عن طريق ضغطها و "تكثيفها" ، كما يقول Liangbing Hu ، عالم المواد في جامعة ميريلاند ، كوليدج بارك. لكن الخشب الكثيف يميل إلى الضعف والعودة إلى حجمه وشكله الأصلي ، خاصة في الظروف الرطبة.

الآن ، يقول هو وزملاؤه إنهم توصلوا إلى طريقة أفضل لتكثيف الخشب ، والتي أبلغوا عنها في 7 فبراير نيتشر. تبدأ عمليتهم البسيطة المكونة من خطوتين بغليان الخشب في محلول من هيدروكسيد الصوديوم (NaOH) وكبريتيت الصوديوم (Na2SO3) ، وهي معالجة كيميائية مشابهة للخطوة الأولى في صنع لب الخشب المستخدم في صناعة الورق. يقول هو إن هذا يزيل جزئيًا اللجنين والهيميسليلوز (البوليمرات الطبيعية التي تساعد على تقوية جدران خلايا النبات) ، لكنه يترك إلى حد كبير سليلوز الخشب (بوليمر طبيعي آخر) سليمًا.

الخطوة الثانية بسيطة مثل الأولى: ضغط الخشب المعالج حتى تنهار جدرانه الخلوية ، ثم الحفاظ على هذا الضغط أثناء تسخينه برفق. يشجع الضغط والحرارة على تكوين روابط كيميائية بين أعداد كبيرة من ذرات الهيدروجين والذرات المجاورة في ألياف النانو المجاورة من السليلوز ، مما يقوي المادة بشكل كبير.

كانت النتائج مبهرة. يقول هو إن الخشب المضغوط للفريق هو ثلاثة أضعاف كثافة المادة غير المعالجة ، مضيفًا أن مقاومته للتمزق قد زادت بأكثر من 10 أضعاف. كما يمكن أن يصبح أكثر مقاومة للضغط بحوالي 50 مرة وأكثر صلابة بحوالي 20 مرة. كما أن الخشب الكثيف أكثر صلابة ومقاومة للخدش وأكثر مقاومة للصدمات. يمكن تشكيلها في أي شكل تقريبًا. ربما الأهم من ذلك ، أن الخشب المكثف مقاوم للرطوبة أيضًا: في الاختبارات المعملية ، تضخمت العينات المضغوطة المعرضة للرطوبة الشديدة لأكثر من خمسة أيام بنسبة أقل من 10 في المائة - وفي الاختبارات اللاحقة ، كما يقول هو ، تخلصت طبقة طلاء بسيطة من هذا التورم تماما.

أوقفت شطيرة من الخشب المكثف من خمس طبقات تشبه الخشب الرقائقي إطلاق الرصاص المحاكي على المادة - ونتيجة لذلك اقترح هو وزملاؤه أن تؤدي إلى دروع منخفضة التكلفة. لا تحمي المادة تمامًا مثل ورقة كيفلر بنفس السماكة - لكنها تكلف حوالي 5 بالمائة فقط ، كما يلاحظ.

يقول بينج ليو ، كيميائي المواد في جامعة كاليفورنيا ، سان دييغو ، غير المنتسب إلى دراسة الطبيعة ، إن نتائج الفريق "تفتح الباب أمام فئة جديدة من المواد خفيفة الوزن". غالبًا ما حاول مصنعو السيارات توفير الوزن عن طريق التحول من الفولاذ العادي إلى الفولاذ عالي القوة أو سبائك الألومنيوم أو مركبات ألياف الكربون - لكن هذه المواد باهظة الثمن ، ونادرًا ما يكسب المستهلكون هذه الأموال في توفير الوقود ، كما يقول ليو. وللخشب المكثف دور آخر على مركبات ألياف الكربون: فهو لا يتطلب مواد لاصقة باهظة الثمن يمكن أن تجعل المكونات صعبة ، إن لم تكن مستحيلة ، لإعادة التدوير.

يقول بيتر فراتزل ، عالم المواد في معهد ماكس بلانك للغرويات والواجهات في ألمانيا ، والذي لم يشارك في الدراسة ، إن الخشب الكثيف يوفر إمكانيات تصميم جديدة واستخدامات يكون الخشب الطبيعي ضعيفًا للغاية بالنسبة لها. "بدلاً من إنشاء تصميم للمادة الموجودة في متناول اليد ، يمكن للباحثين إنشاء مادة تناسب التصميم الذي يريدونه" ، كما يقول ، في إشارة إلى عملية مألوفة بين مهندسي الطيران الذين لديهم تاريخ طويل في تطوير سبائك أقوى من أي وقت مضى لتلبية احتياجاتهم يحتاج.

يلاحظ ليو أن إحدى العوائق المحتملة أمام الاستخدام الواسع النطاق للخشب المكثف ستكون قدرة المهندسين على توسيع نطاق العملية وتسريعها. قضى هو وفريقه عدة ساعات في صنع كل لوح بحجم كتاب طاولة القهوة من الخشب الكثيف المستخدم للاختبار. لكن لا توجد أسباب عملية لعدم تسريع العملية أو استخدامها لصنع مكونات أكبر ، كما يؤكد هو.

على الرغم من أن هو وفريقه سعوا إلى تعزيز قوة الخشب ، فقد سعى باحثون آخرون إلى تحقيق أهداف غير عادية ، مثل جعلها شفافة. توصل فريق ، بقيادة عالم المواد لارس بيرغلوند في المعهد الملكي للتكنولوجيا KTH في ستوكهولم ، إلى طريقة لصنع زجاج النوافذ من الخشب. تتمثل الخطوة الأولى في هذه العملية (كما هو الحال في Hu's) في إزالة اللجنين ، وهي مادة لا تقوي الخشب فحسب ، بل تخلق أيضًا لونه البني. قام الباحثون بغرس الخشب الخالي من اللجنين ببوليمر يسمى ميثيل ميثاكريلات (MMA) ، وهي مادة معروفة بشكل أفضل بأسماء تجارية مثل زجاجي ولوسيت.

نظرًا لأن مؤشر الانكسار لـ MMA (مقياس لمدى انحناء الضوء) يطابق مؤشر الخشب الخالي من اللجنين ، فإن أشعة الضوء تمر مباشرة عبر المركب المشبع بـ MMA بدلاً من الارتداد داخل الخلايا الفارغة. هذا يجعل المادة واضحة بشكل ملحوظ. وصف بيرجلوند وفريقه إنجازهم قبل عامين في الجزيئات الحيوية. من قبيل الصدفة ، في الوقت نفسه ، كان هو وزملاؤه يطورون أيضًا طريقة لجعل الخشب شفافًا.

يمكن لأبحاث مثل أبحاث Hu and Berglund أن تضيف فقط إلى الآفاق البرية لمستقبل علم المواد. يومًا ما ، قد يكون من الممكن العيش في منزل مصنوع بالكامل تقريبًا من إحدى مواد البناء الأكثر وفرة وتنوعًا على الأرض - من الأرضيات إلى العوارض الخشبية والجدران إلى النوافذ. في المرآب ، قد تكون هناك سيارة يمكن أن يتكون هيكلها ومصداتها من الخشب الكثيف بدلاً من الصلب والبلاستيك على الخشب.

سيد بيركنز ، الذي يكتب في أغلب الأحيان عن علوم الأرض والكواكب وعلوم المواد وعلم الحفريات ، يقع مقره في كروسفيل بولاية تين.

شعبية حسب الموضوع