Kayu dan logam semula jadi telah menjadi bahan binaan penting untuk manusia selama beribu-ribu tahun. Polimer sintetik yang kita panggil plastik ialah ciptaan terbaru yang meletup pada abad ke-20.
Kedua-dua logam dan plastik mempunyai ciri-ciri yang sangat sesuai untuk kegunaan industri dan komersial.Logam adalah kuat, tegar, dan secara amnya tahan terhadap udara, air, haba dan tekanan yang berterusan.Walau bagaimanapun, mereka juga memerlukan lebih banyak sumber (yang bermaksud lebih mahal) untuk menghasilkan dan menapis produk mereka.Plastik menyediakan beberapa fungsi logam di samping memerlukan jisim yang lebih sedikit dan sangat murah untuk digunakan untuk menghasilkan apa-apa sahaja.Plastik itu boleh dibuat secara komersil. bahan struktur: perkakas plastik bukanlah perkara yang baik, dan tiada siapa yang mahu tinggal di rumah plastik.Selain itu, ia sering ditapis daripada bahan api fosil.
Dalam sesetengah aplikasi, kayu asli boleh bersaing dengan logam dan plastik.Kebanyakan rumah keluarga dibina di atas bingkai kayu.Masalahnya ialah kayu asli terlalu lembut dan terlalu mudah rosak oleh air untuk menggantikan plastik dan logam pada kebanyakan masa.Sebuah kertas kerja baru-baru ini yang diterbitkan dalam jurnal Matter meneroka penciptaan bahan kayu yang dikeraskan yang mengatasi batasan ini.Penyelidikan ini memuncak dalam penciptaan pisau kayu yang anda gunakan dengan baik dan tepat pada masanya. tidak lama lagi?
Struktur gentian kayu terdiri daripada kira-kira 50% selulosa, polimer semula jadi dengan sifat kekuatan yang baik secara teorinya. Baki separuh daripada struktur kayu adalah terutamanya lignin dan hemiselulosa. Walaupun selulosa membentuk gentian yang panjang dan keras yang menyediakan kayu dengan tulang belakang kekuatan semula jadinya, hemiselulosa mempunyai struktur koheren yang sedikit dan dengan itu tidak menyumbangkan kekuatan kepada selulosa kayu dan dengan itu tidak menyumbang kekuatan kepada selulosa. melakukan tugas yang berguna untuk kayu hidup.Tetapi untuk tujuan manusia memampatkan kayu dan mengikat gentian selulosanya dengan lebih erat bersama, lignin menjadi penghalang.
Dalam kajian ini, kayu asli telah dibuat menjadi kayu keras (HW) dalam empat langkah.Pertama, kayu direbus dalam natrium hidroksida dan natrium sulfat untuk menghilangkan sebahagian daripada hemiselulosa dan lignin.Selepas rawatan kimia ini, kayu menjadi lebih tumpat dengan menekannya dalam mesin penekan selama beberapa jam pada suhu bilik.Ini mengurangkan jurang semula jadi atau pori-pori di dalam sel-sel kayu dan mempertingkatkan ikatan bahan kimia.Nex. kayu itu ditekan pada 105° C (221° F) selama beberapa jam lagi untuk melengkapkan pemekatan, dan kemudian dikeringkan. Akhirnya, kayu itu direndam dalam minyak mineral selama 48 jam untuk menjadikan produk siap kalis air.
Satu sifat mekanikal bahan struktur ialah kekerasan lekukan, yang merupakan ukuran keupayaannya untuk menahan ubah bentuk apabila dihimpit dengan kekerasan. Berlian lebih keras daripada keluli, lebih keras daripada emas, lebih keras daripada kayu, dan lebih keras daripada buih pembungkusan. Antara banyak ujian kejuruteraan yang digunakan untuk menentukan kekerasan, seperti kekerasan Mohs yang digunakan dalam gemologi, ujian Brinell adalah salah satu daripadanya. permukaan dengan daya tertentu.Ukur diameter lekukan bulat yang dicipta oleh bola.Nilai kekerasan Brinell dikira menggunakan formula matematik; secara kasarnya, lebih besar lubang yang dipukul bola, lebih lembut bahannya.Dalam ujian ini, HW adalah 23 kali lebih keras daripada kayu asli.
Kebanyakan kayu semula jadi yang tidak dirawat akan menyerap air. Ini boleh mengembangkan kayu dan akhirnya memusnahkan sifat strukturnya. Penulis menggunakan rendaman mineral selama dua hari untuk meningkatkan rintangan air HW, menjadikannya lebih hidrofobik ("takut air"). Ujian hidrofobisiti melibatkan meletakkan setitik air pada permukaan. Semakin hidrofobik permukaan, semakin sfera titisan air yang hidrofil, air yang lain menjadi sfera pada permukaan yang lain. menyebarkan titisan rata (dan seterusnya menyerap air dengan lebih mudah).Oleh itu, rendaman mineral bukan sahaja meningkatkan hidrofobisiti HW dengan ketara, tetapi juga menghalang kayu daripada menyerap lembapan.
Dalam beberapa ujian kejuruteraan, pisau HW berprestasi lebih baik sedikit daripada pisau logam. Penulis mendakwa bahawa pisau HW adalah kira-kira tiga kali lebih tajam daripada pisau yang tersedia secara komersial. Walau bagaimanapun, terdapat kaveat untuk hasil yang menarik ini. Penyelidik sedang membandingkan pisau meja, atau apa yang kita mungkin panggil pisau mentega. Ini tidak dimaksudkan untuk menjadi video pemotongan yang tajam, tetapi penulis mungkin menunjukkan pemotongan video yang tajam. stik yang sama dengan bahagian yang kusam pada garpu logam, dan pisau stik akan berfungsi dengan lebih baik.
Bagaimana pula dengan paku?Sebuah paku HW nampaknya boleh dipalu dengan mudah ke dalam timbunan tiga papan, walaupun tidak begitu terperinci kerana ia relatif mudah berbanding dengan paku besi.Pasak kayu kemudiannya boleh memegang papan bersama-sama, menahan daya yang akan mengoyakkannya, dengan keliatan yang hampir sama seperti pasak besi.Dalam ujian mereka, bagaimanapun, pasak itu tidak gagal dalam kedua-dua kes sebelum ini, sama ada papan itu gagal dalam kedua-dua kes. terdedah.
Adakah paku HW lebih baik dalam cara lain?Pasak kayu lebih ringan, tetapi berat struktur tidak didorong terutamanya oleh jisim pasak yang menahannya bersama.Pasak kayu tidak akan berkarat.Walau bagaimanapun, ia tidak akan telap air atau terbiodekomposisi.
Tidak dinafikan bahawa pengarang telah membangunkan proses untuk menjadikan kayu lebih kuat daripada kayu asli.Walau bagaimanapun, utiliti perkakasan untuk mana-mana pekerjaan tertentu memerlukan kajian lanjut.Bolehkah ia semurah dan kurang sumber seperti plastik? Bolehkah ia bersaing dengan objek logam yang lebih kuat, lebih menarik, tidak terhingga boleh digunakan semula?Penyelidikan mereka menimbulkan persoalan yang menarik.Kejuruteraan yang berterusan (dan akhirnya pasaran) akan menjawabnya.
Masa siaran: Apr-13-2022
