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 umumnya berdaya tahan terhadap udara, air, haba dan tekanan berterusan. Walau bagaimanapun, mereka juga memerlukan lebih banyak sumber (yang bermaksud lebih mahal) untuk menghasilkan dan menapis produk mereka.Plastik menyediakan beberapa fungsi logam sambil memerlukan jisim yang lebih sedikit dan sangat murah untuk dihasilkan.Sifatnya boleh disesuaikan untuk hampir semua kegunaan.Namun, plastik komersial yang murah menghasilkan bahan struktur yang dahsyat: perkakas plastik bukanlah perkara yang baik, dan tiada siapa yang mahu tinggal di rumah plastik. Selain itu, mereka sering ditapis daripada bahan api fosil.
Dalam sesetengah aplikasi, kayu asli boleh bersaing dengan logam dan plastik. Kebanyakan rumah keluarga dibina di atas rangka kayu. Masalahnya ialah kayu asli terlalu lembut dan terlalu mudah rosak oleh air untuk menggantikan plastik dan logam pada kebanyakan masa. Kertas kerja terkini diterbitkan dalam jurnal Matter meneroka penciptaan bahan kayu keras yang mengatasi batasan ini. Penyelidikan ini memuncak dalam penciptaan pisau kayu dan paku. Sejauh manakah pisau kayu itu baik dan adakah anda akan menggunakannya dalam masa terdekat?
Struktur gentian kayu terdiri daripada kira-kira 50% selulosa, polimer semula jadi dengan sifat kekuatan yang baik secara teori. Baki separuh daripada struktur kayu adalah terutamanya lignin dan hemiselulosa. Manakala selulosa membentuk gentian yang panjang dan keras yang menyediakan kayu dengan tulang belakang semula jadi. kekuatan, hemiselulosa mempunyai sedikit struktur koheren dan dengan itu tidak menyumbang apa-apa kepada kekuatan kayu. Lignin mengisi kekosongan antara gentian selulosa dan melaksanakan tugas yang berguna untuk kayu hidup. Tetapi untuk tujuan manusia memampatkan kayu dan mengikat gentian selulosanya dengan lebih erat bersama-sama, lignin menjadi satu halangan.
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 padat dengan menekan ia dalam penekan selama beberapa jam pada suhu bilik. Ini mengurangkan jurang semula jadi atau liang dalam kayu dan meningkatkan ikatan kimia antara gentian selulosa bersebelahan. Seterusnya, kayu bertekanan pada 105° C (221° F) untuk beberapa lagi jam untuk melengkapkan ketumpatan, dan kemudian dikeringkan.Akhir sekali, 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 daya. Berlian lebih keras daripada keluli, lebih keras daripada emas, lebih keras daripada kayu, dan lebih keras daripada buih pembungkusan. Antara banyak kejuruteraan ujian yang digunakan untuk menentukan kekerasan, seperti kekerasan Mohs yang digunakan dalam gemologi, ujian Brinell adalah salah satu daripadanya. Konsepnya mudah: galas bebola logam keras ditekan ke dalam permukaan ujian dengan daya tertentu. Ukur diameter bulatan lekukan 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 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 menjadi. Permukaan hidrofilik ("mencintai air"), sebaliknya, 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. Para penyelidik membandingkan pisau meja, atau apa yang kita mungkin panggil pisau mentega. Ini tidak dimaksudkan untuk menjadi sangat tajam. Pengarang menunjukkan video pisau mereka memotong stik, tetapi orang dewasa yang cukup kuat mungkin boleh memotong stik yang sama dengan bahagian kusam garpu logam, dan pisau stik akan berfungsi dengan lebih baik.
Bagaimana pula dengan paku? Satu 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 koyak mereka terpisah, dengan keliatan yang hampir sama seperti pasak besi. Walau bagaimanapun, dalam ujian mereka, papan dalam kedua-dua kes gagal sebelum salah satu paku gagal, jadi paku yang lebih kuat tidak terdedah.
Adakah paku HW lebih baik dalam cara lain?Pasak kayu lebih ringan, tetapi berat struktur tidak terutamanya didorong oleh jisim pasak yang menyatukannya.Pasak kayu tidak akan berkarat.Walau bagaimanapun, ia tidak akan tahan air atau biodekomposisi.
Tidak dinafikan bahawa pengarang telah membangunkan satu proses untuk menjadikan kayu lebih kuat daripada kayu asli.Walau bagaimanapun, utiliti perkakasan untuk mana-mana pekerjaan tertentu memerlukan kajian lanjut. Bolehkah ia murah dan kurang sumber seperti plastik? Bolehkah ia bersaing dengan yang lebih kuat , objek logam yang lebih menarik dan boleh diguna semula secara tak terhingga?Penyelidikan mereka menimbulkan persoalan menarik.Kejuruteraan yang berterusan (dan akhirnya pasaran) akan menjawabnya.
Masa siaran: Apr-13-2022
