Стартап InventWood з штату Меріленд готується до масового виробництва "Супердерева" – нового матеріалу, виготовленого з модифікованої деревини, що перевершує за міцністю звичайні дерев’яні стовбури і навіть сталь. Очікується, що матеріал надійде в продаж цього року.
Матеріалознавець з Університету Меріленда Лянбін Ху розробив цей матеріал ще у 2018 році, застосувавши процес "ущільнення". Зазначається, що це забезпечує матеріалу у 10 разів краще співвідношення міцності до ваги, ніж у сталі.
Отримане "Супердерево" також стійке до вогню, погодних умов і шкідників. Ху вдосконалив процес виробництва, щоб його можна було масштабувати та здійснювати за лічені години, а не тижні, і передав ліцензію на технологію компанії InventWood. Компанія залучила 15 мільйонів доларів США на будівництво заводу, з якого перші партії матеріалу будуть відправлені цього літа.
Спочатку продукція з "Супердерева" найкраще підходитиме для використання у фасадах. У подальшому планується перейти до структурних застосувань, які могли б замінити частину бетону та сталі, необхідних для будівництва міцних споруд.
Протягом останніх кількох років Ху розробив прозору деревину, водяні фільтри з обпаленої деревини та натрій-іонні батареї на основі деревини та листя.
Процес створення супердерева
Нове "Супердерево" набуває надзвичайної міцності завдяки двоетапному процесу, розробленому командою науковців Ху. Спочатку дослідники кип’ятять зразки деревини у водному розчині гідроксиду натрію та сульфіту натрію, що частково видаляє лігнін та геміцелюлозу з матеріалу. Потім оброблену деревину гаряче пресують, що призводить до руйнування клітинних стінок і утворення високо вирівняних целюлозних нановолокон. Кінцевим результатом є повністю ущільнена деревина, яка набагато міцніша за природний матеріал.
За словами Ху, цей новий спосіб обробки деревини робить її у 12 разів міцнішою за звичайну і у 10 разів твердішою. Він вважає, що матеріал може конкурувати зі сталлю або навіть титановими сплавами, а також бути порівнянним із вуглецевим волокном, але значно дешевшим.
В одному з експериментів команда стріляла снарядами по матеріалу. У той час як природна деревина була пробита наскрізь, "Супердерево" зупинило снаряди на півдорозі.
Дослідники зазначають, що цей процес можна застосовувати до різних видів деревини та масштабувати для обробки великих обсягів матеріалу одночасно. На початку процесу деревину можна згинати та формувати у потрібну форму.
Новий матеріал може не тільки дозволити деревині стати дешевшою, легшою та більш відновлюваною альтернативою сталі та титановим сплавам, але й дозволить м’якшим породам деревини конкурувати зі своїми міцнішими, але повільніше ростучими аналогами.
Ху зазначив, що таку деревину можна використовувати в автомобілях, літаках, будівлях – будь-де, де застосовується сталь. М’які породи, такі як сосна або бальза, які швидко ростуть і є більш екологічними, можуть замінити більш повільно ростучі, але щільніші породи, такі як тик, у меблях або будівлях.
Довідкова інформація:
- Меріленд: Штат на сході США, відомий своїми морськими портами, історичними містами та різноманітним ландшафтом.
- Університет Меріленда: Один з провідних державних університетів США, відомий своїми науковими дослідженнями та інноваційними розробками.
- Лігнін: Природний полімер, який міститься в клітинних стінках рослин, надає їм жорсткість і міцність.
- Геміцелюлоза: Комплекс полісахаридів, що також міститься в клітинних стінках рослин і виконує структурну функцію.
- Целюлоза: Основний структурний компонент клітинних стінок рослин, полісахарид, що складається з глюкози.
- Нановолокна: Матеріали з надзвичайно малим діаметром, що мають унікальні фізичні та хімічні властивості.
- Титан: Легкий і міцний метал, широко використовується в аерокосмічній, медичній та інших галузях промисловості.
- Вуглецеве волокно: Матеріал з високою міцністю на розтяг і низькою вагою, використовується в авіації, автомобілебудуванні та спорті.
- Сосна та бальза: М’які породи деревини, що характеризуються швидким ростом і відносно низькою щільністю.
- Тик: Тверда і міцна порода деревини, стійка до гниття, широко використовується у виробництві меблів і будівництві.
