«Попаданцу на заметку». Ученые разработали «супер-древесину» с прочностью стали

В XIX веке Жюль Верн описал, как обычный, дешевый и доступный материал при нестандартной обработке становится выгодной альтернативой дорогим сплавам и составам. В XXI веке, в Университете Мэриленда, создали один из прототипов такого чудо-материала – «супер-древесину». Она прочнее стальных сплавов, а стоит едва ли не как опилки.

Натуральная древесина является недорогим материалом. Однако механические характеристики натуральной древесины (ее прочность и вязкость) неудовлетворительны для многих современных инженерных сооружений и применений. Синтетические же конструкционные материалы с исключительными механическими характеристиками страдают либо большой массой, либо неблагоприятным воздействием на окружающую среду или сложными производственными процессами и, следовательно, высокой стоимостью.

Чтобы придать новые свойства, древесину подвергли двухступенчатому процессу обработки. Сначала деревянный блок кипятился в химическом растворе гидроксида натрия и сульфита натрия. Что позволило частично избавить материал от лигнина (естественного клея, соединяющего клетки) и гемицеллюлозы, которые придают дереву его характерную структуру и жёсткость. Затем блок нагревался до 100°С и сжимался при давлении 5 мПа. Что устраняло зазоры между клеточными стенками в дереве, сокращая блок примерно на 20% от его первоначальной толщины и делая его в три раза плотнее.

В одном из экспериментов супер-древесина частично остановила очередь из пулемета, которая раскрошила в щепу обычное дерево. Если перед прессованием придать податливой массе нужную форму, можно сразу получать почти готовые детали – это еще больше удешевляет процесс.

У нового материала огромный спектр возможных применений, в первую очередь, для создания лёгких и прочных конструкций, в том числе элементов автомобилей, самолетов, зданий и других сооружений. Его можно использовать везде, где сегодня применяется сталь. Исследователи подчеркивают, что созданный ими метод обработки прост и подходит для самых разных пород деревьев. Открытие также имеет высокое природоохранное значение: оно позволит заменить медленно растущие породы деревьев с плотной древесиной, наподобие тика, такими быстрорастущими видами, как сосна.

Также плотная структура дерева помогает ему сопротивляться возгоранию

В новой работе ученые представили результаты тестов древесного материала на огнеупорность. Оказалось, что вещество значительно лучше природного дерева сопротивляется пламени. Во-первых, более плотная структура препятствует распространению внутри материала кислорода, который поддерживает горение и увеличивает воспламеняемость. Во-вторых, на его поверхности образуется сплошной изолирующий обугленный слой, препятствующий распространению пламени.

В результате время возгорания почти удваивается, а максимальный темп тепловыделения при активном горении уменьшается более чем на треть. Также после воздействия пламени в течение 90 секунд прочность на сжатие у нового материала в 82 раза превышает соответствующее значение для обычного дерева. Благодаря этому несущие конструкции из такого материала будут дольше обрушаться, давая больше времени для спасения людей и имущества. Авторы отвечают, что вся технология обходится без использования потенциально токсичных или вредных для среды химикатов.

Источники:

https://www.techcult.ru/science/4990-v-ssha-razrabotana-super-drevesina-s-prochnostyu-stali

https://domidei.ru/news/super-drevesina-konkuriruet-po-prochnosti-s-metallom

http://www.nanonewsnet.ru/news/2019/puleneprobivaemoe-derevo-okazalos-ogneupornym