Вчені винайшли новий надміцний матеріал, який може стати альтернативою сталі та бетону, використовуючи деревину.

Американські дослідники значно посилили міцність деревини за допомогою твердих нанорозмірних матеріалів.

Ідея науковців з Флоридського Атлантичного університету, Університету Майамі та Окриджської національної лабораторії полягала у хімічному вдосконаленні лігноцелюлози. Щорічно у світі виробляється 181,5 млрд тонн деревини, що робить її перспективним відновлювальним ресурсом.

"Вивчаючи деревину на різних масштабах - від мікроскопічних елементів в клітинних стінках до великих фрагментів дерева - ми змогли краще зрозуміти, як хімічно вдосконалити природні матеріали для їх подальшого використання," - зазначає старший автор дослідження Вівіан Мерк.

Вчені прагнули з'ясувати, чи здатне введення надміцних нанорозмірних мінералів підвищити міцність деревини, не підвищуючи її вагу, витрати на виробництво та негативний вплив на екологію. Після дослідження різних видів твердих порід деревини вони зосередили свою увагу на червоному дубі.

Вченим вдалось отримати феригідрит - природний мінерал оксиду заліза. Для цього вони поєднали нітрат заліза і гідроксид калію. Отриманий мінерал необхідно було ввести у внутрішню структуру деревини. В результаті деревина стала ще міцнішою і майже не отримала додаткової ваги.

Зображення ілюструє розподіл феригідриту в серцевині деревини (бірюзового відтінку) / Florida Atlantic University.

Попри те, що обробка деревини значно підвищує міцність її внутрішньої структури, загальні характеристики матеріалу при згинанні чи розриві залишаються практично незмінними. Науковці стверджують, що цей екологічно чистий матеріал може стати гідною альтернативою сталі та бетону для будівництва будівель, мостів, а також для виготовлення меблів і підлогових покриттів.

Для ретельного аналізу структури деревини дослідницька група використовувала атомно-силову мікроскопію, яка дозволила на дуже тонкому рівні перевірити її жорсткість і еластичність. Вони також використовували інший метод, що зветься AM-FM для точних спостережень за тим, як мінеральна обробка змінює внутрішню структуру деревини.

"Зміцнюючи натуральну деревину за допомогою екологічно безпечних та економічно ефективних методів, наші дослідники закладають основу для нового покоління біоматеріалів, які потенційно можуть замінити традиційні матеріали, такі як сталь та бетон у будівельних конструкціях", - підкреслила декан Коледжу інженерії та комп'ютерних наук Стелла Баталама.

Результати дослідження були опубліковані у журналі ACS Applied Materials and Interfaces.