Gỗ tự nhiên và kim loại là những vật liệu xây dựng thiết yếu cho con người trong hàng nghìn năm. Polyme tổng hợp mà chúng ta gọi là nhựa là một phát minh gần đây đã bùng nổ trong thế kỷ 20.
Cả kim loại và nhựa đều có những đặc tính rất phù hợp cho mục đích sử dụng trong công nghiệp và thương mại. Kim loại bền, cứng và thường bền với không khí, nước, nhiệt và ứng suất liên tục. Tuy nhiên, chúng cũng đòi hỏi nhiều tài nguyên hơn (có nghĩa là đắt hơn) để sản xuất và tinh chỉnh sản phẩm của họ. Nhựa cung cấp một số chức năng của kim loại trong khi yêu cầu khối lượng ít hơn và rất rẻ để sản xuất. Đặc tính của chúng có thể được tùy chỉnh cho hầu hết mọi mục đích sử dụng. điều tốt, và không ai muốn sống trong một ngôi nhà bằng nhựa. Ngoài ra, chúng thường được tinh chế từ nhiên liệu hóa thạch.
Trong một số ứng dụng, gỗ tự nhiên có thể cạnh tranh với kim loại và nhựa. Hầu hết các ngôi nhà gia đình đều được xây dựng trên khung gỗ. Vấn đề là gỗ tự nhiên quá mềm và quá dễ bị nước làm hỏng nên hầu như không thể thay thế nhựa và kim loại. Một bài báo gần đây được xuất bản trên tạp chí Matter khám phá việc tạo ra một vật liệu gỗ cứng có thể khắc phục những hạn chế này. Nghiên cứu này đạt đến đỉnh cao trong việc tạo ra dao và đinh bằng gỗ. Con dao bằng gỗ tốt như thế nào và bạn sẽ sớm sử dụng nó chứ?
Cấu trúc dạng sợi của gỗ bao gồm khoảng 50% cellulose, một loại polymer tự nhiên có đặc tính chịu lực tốt về mặt lý thuyết. Nửa còn lại của cấu trúc gỗ chủ yếu là lignin và hemiaellulose. Trong khi cellulose tạo thành các sợi dài, dai giúp gỗ có xương sống tự nhiên sức mạnh, hemiaellulose có ít cấu trúc liên kết và do đó không đóng góp gì cho sức mạnh của gỗ. Lignin lấp đầy khoảng trống giữa các sợi xenluloza và thực hiện các nhiệm vụ hữu ích cho gỗ sống. Một trở ngại.
Trong nghiên cứu này, gỗ tự nhiên được làm thành gỗ cứng (CTNH) theo bốn bước. Đầu tiên, gỗ được đun sôi trong natri hydroxit và natri sulfat để loại bỏ một số hemicellulose và lignin. Sau quá trình xử lý hóa học này, gỗ trở nên đặc hơn bằng cách ép ép trong vài giờ ở nhiệt độ phòng. Điều này làm giảm các khoảng trống hoặc lỗ rỗng tự nhiên trong gỗ và tăng cường liên kết hóa học giữa các sợi cellulose liền kề. Tiếp theo, gỗ được nén ở 105° C (221° F) trong một vài lần nữa giờ để hoàn thành quá trình cô đặc, sau đó sấy khô. Cuối cùng, gỗ được ngâm trong dầu khoáng trong 48 giờ để thành phẩm không thấm nước.
Một tính chất cơ học của vật liệu kết cấu là độ cứng vết lõm, là thước đo khả năng chống biến dạng khi bị ép bởi lực. Kim cương cứng hơn thép, cứng hơn vàng, cứng hơn gỗ và cứng hơn bọt đóng gói. Trong số nhiều kỹ thuật các thử nghiệm được sử dụng để xác định độ cứng, chẳng hạn như độ cứng Mohs được sử dụng trong ngọc học, thử nghiệm Brinell là một trong số đó. Khái niệm này rất đơn giản: một ổ bi kim loại cứng được ấn vào bề mặt thử nghiệm với một lực nhất định. Đo đường kính của hình tròn vết lõm do quả bóng tạo ra. Giá trị độ cứng Brinell được tính bằng công thức toán học;Nói một cách đại khái, quả bóng chạm vào lỗ càng lớn thì vật liệu càng mềm. Trong thử nghiệm này, CTNH cứng hơn gỗ tự nhiên 23 lần.
Hầu hết gỗ tự nhiên chưa được xử lý sẽ hấp thụ nước. Điều này có thể làm gỗ nở ra và cuối cùng phá hủy các đặc tính cấu trúc của nó. Các tác giả đã sử dụng phương pháp ngâm khoáng hai ngày để tăng khả năng chống nước của CTNH, khiến nó trở nên kỵ nước hơn (“sợ nước”). Kiểm tra tính kỵ nước liên quan đến việc đặt một giọt nước lên một bề mặt. Bề mặt càng kỵ nước thì các giọt nước càng trở nên hình cầu. Mặt khác, một bề mặt ưa nước (“ưa nước”) sẽ trải phẳng các giọt nước (và sau đó hấp thụ nước dễ dàng hơn).Do đó, việc ngâm khoáng không chỉ làm tăng đáng kể tính kỵ nước của CTNH mà còn ngăn không cho gỗ hấp thụ độ ẩm.
Trong một số thử nghiệm kỹ thuật, dao CTNH hoạt động tốt hơn một chút so với dao kim loại. Các tác giả khẳng định rằng dao CTNH sắc gấp ba lần so với dao bán trên thị trường. Tuy nhiên, có một điểm hạn chế đối với kết quả thú vị này. Các nhà nghiên cứu đang so sánh các loại dao để bàn, hoặc cái mà chúng ta có thể gọi là dao cắt bơ. Chúng không có nghĩa là đặc biệt sắc bén. Các tác giả chiếu một đoạn video quay cảnh con dao của họ cắt miếng bít tết, nhưng một người trưởng thành khỏe mạnh có thể cắt miếng bít tết đó bằng mặt cùn của nĩa kim loại, và một con dao bít tết sẽ hoạt động tốt hơn nhiều.
Còn những chiếc đinh thì sao? Rõ ràng, một chiếc đinh CTNH đơn lẻ có thể dễ dàng đóng vào một chồng ba tấm ván, mặc dù không chi tiết bằng nhưng nó tương đối dễ dàng so với đinh sắt. Khi đó, những chiếc chốt gỗ có thể giữ các tấm ván lại với nhau, chống lại lực có thể xé rách chúng tách rời nhau, với độ dẻo dai tương đương với những chiếc chốt sắt. Tuy nhiên, trong các thử nghiệm của họ, các tấm ván trong cả hai trường hợp đều hỏng trước khi một trong hai chiếc đinh hỏng, vì vậy những chiếc đinh khỏe hơn không bị lộ ra ngoài.
Theo những cách khác, đinh CTNH có tốt hơn không? Chốt gỗ nhẹ hơn, nhưng trọng lượng của cấu trúc chủ yếu không bị chi phối bởi khối lượng của chốt giữ chúng lại với nhau. Chốt gỗ sẽ không bị gỉ. Tuy nhiên, nó sẽ không thấm nước hoặc phân hủy sinh học.
Không còn nghi ngờ gì nữa, tác giả đã phát triển một quy trình để làm cho gỗ bền hơn gỗ tự nhiên. Tuy nhiên, tiện ích của phần cứng cho bất kỳ công việc cụ thể nào cần phải nghiên cứu thêm. Liệu nó có thể rẻ và tiết kiệm tài nguyên như nhựa không? Liệu nó có thể cạnh tranh với những sản phẩm mạnh hơn , hấp dẫn hơn, các đồ vật bằng kim loại có thể tái sử dụng vô hạn? Nghiên cứu của họ đặt ra những câu hỏi thú vị. Kỹ thuật đang phát triển (và cuối cùng là thị trường) sẽ trả lời chúng.
Thời gian đăng: 13-04-2022
