Vedci vyrobili umelé drevo zo syntetických živíc, ktoré pri napodobňovaní prírodného dreva vykazuje zlepšené vlastnosti pre multifunkčné využitie..
Drevo je organický vláknité tkanivo nachádzajúce sa v stromoch, kríkoch a kríkoch. Drevo možno nazvať najužitočnejším a možno aj najuniverzálnejším materiálom planéta Zem. Používa sa tisíce rokov na rôzne účely a je veľmi známy svojou nízkou hustotou a vysokou pevnosťou. Jedinečná anizotropná bunková štruktúra (tj rôzne vlastnosti v rôznych smeroch) drevu dodáva úžasné mechanické vlastnosti a robí ho pevným, tuhým, no stále ľahkým a pružným. Drevo má vysokú pevnosť v tlaku a nízku pevnosť v ťahu. Drevo je šetrné k životnému prostrediu a nákladom, je super pevné, odolné a má dlhú životnosť a dá sa použiť na stavbu čohokoľvek, od výroby papiera až po stavbu domov.
Príroda nám už poskytla úžasné materiály ako drevo. Napriek tomu vždy existuje inšpirácia, ktorá sa točí okolo prírody, aby sme navrhli a vyvinuli vysokovýkonné biomimetické inžinierske materiály, ktoré by mohli „napodobňovať“ úžasné vlastnosti biomateriálov, ktoré sa už v prírode nachádzajú. Jedinečnosť dreva spočíva v jeho anizotropnej bunkovej štruktúre spolu s nízkou hustotou a vysokou pevnosťou. V nedávnej minulosti sa vedci pokúšali navrhnúť materiály s ohľadom na tento koncept v snahe zopakovať vlastnosti dreva, ako je vysoká pevnosť a ľahkosť. Väčšina výskumov však viedla k neuspokojivým výsledkom, pretože navrhnuté materiály mali jednu alebo druhú chybu. Konštrukcia stále zostáva pre inžinierov veľkou výzvou umelý materiály podobné drevu. Je to veľmi dôležité, pretože vypestovanie prírodného dreva trvá desaťročia a čas a efektivita sú silným kritériom pri hľadaní materiálu podobného prírodnému drevu.
Bioinšpirované drevo
Výskumníci z University of Science and Technology of China navrhli novú stratégiu na výrobu bioinšpirovaných umelých polymérov. drevo vo veľkom meradle. Tento umelý materiál má bunkovú mikroštruktúru podobnú drevu, dobrú ovládateľnosť v mikroštruktúrach a vykazuje vlastnosti ako ľahkosť a vysokú pevnosť analogické mechanickým vlastnostiam prírodného dreva. Výskumníci uvádzajú, že tento nový materiál je taký silný ako prírodné drevo na rozdiel od iných doteraz skúmaných umelých drevín.
Drevo nachádzajúce sa v prírode obsahuje prírodný polymér nazývaný lignín, ktorý je zodpovedný za pevnosť dreva. Lignín spája malé kryštály celulózy do sieťovitej štruktúry, čím vytvára vysokú pevnosť. Výskumníci uvažovali o replikácii lignínu pomocou syntetického polyméru nazývaného rezol, ktorý má podobné vlastnosti. Úspešne premenili tradične dostupné rezoly (fenolovú živicu a melamínovú živicu) na umelé drevo ako materiál. Konverzia bola dosiahnutá najskôr využitím vlastností samousporiadania polymérneho rezolu a potom podrobením sa mocureniu. Na dosiahnutie vlastnej montáže boli tekuté termostatické živice jednosmerne zmrazené a potom vytvrdené (zosieťované alebo polymerizované) pri teplotách nie vyšších ako 200 stupňov Celzia. Vyrobené upravené drevo má bunkovú štruktúru, ktorá sa veľmi podobá štruktúre prírodného dreva. Následne sa uskutočnilo tepelné vytvrdzovanie – proces pozostávajúci z chemickej zmeny vyvolanej teplotou (tu polymerizácia) v rezole – na výrobu umelých polymérnych drevín. Veľkosť pórov a hrúbka steny takéhoto materiálu môže byť riadená ručne. Nielen to, kryštály, ktoré rezol vytvára, môžu byť tiež zmenené na základe požiadavky typu dreva. Farba môže byť tiež zmenená pridaním alebo výmenou kryštalitov, ktoré držia rezol pohromade. Keď je toto upravené drevo stlačené, vykazuje odolnosť podobnú jeho prirodzenému náprotivku. Prístup opísaný v štúdii možno nazvať aj ako zelený prístup na prípravu umelého dreva, kde možno použiť kompost z nanomateriálov, ako sú celulózové nanovlákna a oxid grafénu.
Je zaujímavé, že umelé drevo vykazuje lepšiu odolnosť proti korózii voči vode a kyselinám v porovnaní s prírodným drevom, pričom sa nepredpokladajú žiadne zhoršenie jeho mechanických vlastností. To znamená, že umelé drevo môže odolávať extrémnym poveternostným vplyvom a zlepšilo by sa pri poskytovaní ochrany. Vykazuje tiež lepšiu tepelnú izoláciu a lepšiu odolnosť voči ohňu a nevznietilo by sa ľahko ako prírodné drevo, hlavne preto, že rezol je spomaľovač horenia. To môže byť prínosom pre odvetvia, ako je výroba a stavebníctvo, najmä obytné budovy, ktoré sa vznietia pri stavbe z prírodného dreva. Materiál je ideálny pre tvrdé a drsné prostredie, pretože je v porovnaní s prírodným drevom značne vylepšený. Je jedinečný v porovnaní so štandardnými inžinierskymi materiálmi, ako je bunková keramika a aerogély, pokiaľ ide o pevnosť a tepelnoizolačné vlastnosti. Je tiež účinnejší ako väčšina kompozitov plast-drevo vďaka vyššej pevnosti. Umelé drevo má množstvo vlastností, vďaka ktorým je efektívnejšie.
Nová stratégia opísaná v tejto štúdii publikovanej v Veda Zálohy poskytuje nové spôsoby výroby a konštrukcie rôznych vysokovýkonných biomimetických inžinierskych kompozitných materiálov, ktoré budú mať určitú významnú výhodu oproti svojim tradičným náprotivkom. Takéto nové materiály môžu mať široké uplatnenie v mnohých oblastiach.
***
Zdroj (e)
Zhi-Long Y a spol. 2018 Bioinšpirované polymérne drevá. Veda Zálohy. 4 ods.
https://doi.org/10.1126/sciadv.aat7223
***
