Znanstveniki so izdelali umetni les iz sintetičnih smol, ki hkrati posnema naravni les, izkazuje izboljšane lastnosti za večnamensko uporabo.
Les je organsko vlaknato tkivo, ki ga najdemo v drevesih, grmovju in grmovju. Les lahko imenujemo najbolj uporaben in morda najbolj vsestranski material planet Zemlja. Že tisočletja se uporablja za različne namene in je zelo cenjen zaradi nizke gostote in visoke trdnosti. Edinstvena anizotropna celična struktura (tj. različne lastnosti v različnih smereh) lesu daje neverjetne mehanske lastnosti, zaradi česar je močan, tog, a še vedno lahek in prožen. Les ima visoko tlačno trdnost in nizko natezno trdnost. Les je okolju in stroškovno prijazen, izjemno močan, trpežen in dolgotrajen ter se lahko uporablja za gradnjo karkoli, od izdelave papirja do gradnje hiš.
Narava nam je že zagotovila neverjetne materiale, kot je les. Kljub temu se okoli narave vedno vrti navdih, da oblikujemo in razvijamo visoko zmogljive biomimetične inženirske materiale, ki bi lahko "posnemali" neverjetne lastnosti biomaterialov, ki jih že najdemo v naravi. Edinstvenost lesa izhaja iz njegove anizotropne celične strukture skupaj z nizko gostoto in visoko trdnostjo. V nedavni preteklosti so znanstveniki poskušali oblikovati materiale, ki upoštevajo ta koncept, da bi podvojili lastnosti lesa, kot sta visoka trdnost in lahkotnost. Vendar pa je večina raziskav privedla do nezadovoljivih rezultatov, saj so bili oblikovani materiali trpeli zaradi ene ali druge napake. Še vedno ostaja velik izziv za inženirje pri gradnji umetni lesu podobni materiali. To je zelo pomembno, ker so za pridelavo naravnega lesa potrebna desetletja, čas in učinkovitost pa sta močno merilo, ko želimo izdelati material, podoben naravnemu lesu.
Bioinspiriran les
Raziskovalci s Kitajske univerze za znanost in tehnologijo so zasnovali novo strategijo za izdelavo bioinspiriranih umetnih polimerov. les v velikem obsegu. Ta umetni material ima lesu podobno celično mikrostrukturo, dobro obvladljivost v mikrostrukturah in bi pokazal lastnosti, kot so lahkotnost in visoka trdnost, analogne mehanskim lastnostim naravnega lesa. Raziskovalci trdijo, da je ta novi material tako močan kot naravni les, za razliko od katerega koli drugega inženirskega lesa, ki je bil raziskan do danes.
Les, ki ga najdemo v naravi, vsebuje naravni polimer, imenovan lignin, ki je odgovoren za moč lesa. Lignin veže majhne kristalite celuloze skupaj v mrežasto strukturo, da ustvari visoko trdnost. Raziskovalci so razmišljali o podvajanju lignina z uporabo sintetičnega polimera, imenovanega resol, ki ima podobne lastnosti. Uspešno so pretvorili tradicionalno dostopne rezole (fenolne smole in melaminske smole). umetnega lesa kot material. Pretvorba je bila dosežena tako, da so najprej uporabili lastnosti polimernega rezola, ki se sestavljajo, in nato še z mocurring. Za doseganje samomontaže so bile tekoče termostatske smole enosmerno zamrznjene, nato pa utrjene (zamrežene ali polimerizirane) pri temperaturah, ki niso višje od 200 stopinj Celzija. Proizvedeni leseni les ima celično strukturo, ki je zelo podobna naravni lesu. Nato je bilo izvedeno termoutrjevanje – postopek, ki ga sestavljajo temperaturno povzročene kemične spremembe (tukaj polimerizacija) v rezolu – za proizvodnjo umetnega polimernega lesa. Velikost por in debelino stene takšnega materiala je mogoče ročno nadzorovati. Ne samo to, kristalite, ki jih naredi resol, je mogoče spremeniti tudi glede na zahteve vrste lesa. Barvo bi lahko spremenili tudi z dodajanjem ali zamenjavo kristalitov, ki držijo resol skupaj. Ko je ta izdelan les stisnjen, kaže odpornost, podobno kot njegov naravni kolega. Pristop, opisan v študiji, lahko imenujemo tudi zeleni pristop za pripravo umetnega lesa, pri katerem se lahko uporabi kompost iz nanomaterialov, kot so celulozna nanovlakna in grafenov oksid.
Zanimivo je, da je izdelan umetni les bolj odporen proti koroziji na vodo in kislino v primerjavi z naravnim lesom, ob predpostavki, da se njegove mehanske lastnosti ne zmanjšajo. To pomeni, da se lahko umetni les upira ekstremnim vremenskim vplivom in bi bil boljši pri zagotavljanju zaščite. Prav tako kaže boljšo toplotno izolacijo in izboljšano odpornost proti ognju in se ne bi zlahka vnel kot naravni les, predvsem zato, ker je resol odporen proti ognju. To je lahko korist za sektorje, kot sta proizvodnja in gradbeništvo, zlasti stanovanjske zgradbe, ki se vnamejo, če so zgrajene iz naravnega lesa. Material je idealno primeren za težka in težka okolja, saj je v primerjavi z naravnim lesom precej izboljšan. V primerjavi s standardnimi inženirskimi materiali, kot so celična keramika in aerogeli, je edinstven glede na trdnost in toplotno izolacijske lastnosti. Zaradi večje trdnosti je tudi učinkovitejši od večine kompozitov plastike in lesa. Izdelani les ima veliko lastnosti, zaradi katerih je učinkovitejši.
Nova strategija, opisana v tej študiji, objavljeni v Znanost Predplačila ponuja nove poti za izdelavo in inženiring različnih visoko zmogljivih biomimetičnih inženirskih kompozitnih materialov, ki bodo imeli nekaj pomembne prednosti pred svojimi tradicionalnimi kolegi. Takšni novi materiali imajo lahko široko uporabo na številnih področjih.
***
{Izvirno raziskovalno nalogo lahko preberete s klikom na spodnjo povezavo DOI na seznamu citiranih virov}
Vir (i)
Zhi-Long Y in sod. 2018 Bioinspirirani polimerni les. Znanost Predplačila. 4 (8).
https://doi.org/10.1126/sciadv.aat7223
***
