دانشمندان راهی برای استحکام چوب ابداع کرده‌اند
پژوهشگران در مقاله‌ای توضیح داده‌اند که حمام شیمیایی و پرس گرم، چوب معمولی را به ماده‌ای تبدیل می‌کند که از فولاد هم مستحکم‌تر است. این فرآیند و دیگر فرآیندهای مشابه می‌توانند چوب را به جایگزینی دوستدار محیط زیست برای پلاستیک و فلزات مصرفی در صنایع خودروسازی و ساختمان‌سازی تبدیل کند.
به گزارش پورتال یو سی (شما می توانید)، Li Teng استاد مهندسی مکانیک در دانشگاه مریلند و از نویسندگان این مقاله که هفتم فوریه 2018 در نشریه نیچر منتشر شده، می‌گوید: آنچه ما ساخته‌ایم، کلاس جدیدی از مصالح است که توانایی‌های بسیار زیادی دارد.» چوب، ماده‌ای ارزشمند و یکی از مهم‌ترین مصالح اولیه برای ساخت اجسام مختلف است. از این ماده سلولزی نسبتاً ارزان، به‌سادگی می‌توان برای ساخت ابزارها و سازه‌های مختلف بهره گرفت. از همه مهم‌تر، عموم مردم از استفاده و کار کردن با آن احساس خوبی دارند.
پژوهشگران ده‌ها سال است که برای افزایش مقاومت چوب تلاش می‌کنند. برخی افراد تلاش کرده‌اند با تزریق نانولوله‌ها به سلولز، مواد جدیدی بسازند. سلولز، پلیمر طبیعی سختی است و درون سلول‌های لوله‌ای شکلی که آب را به درون بافت گیاه می‌کشند، وجود دارد.
لی و همکارانش برای افزایش مقاومت چوب، روش دیگری در پیش گرفتند و بر بهینه‌سازی ساختار متخلخل چوب طبیعی تمرکز کرده‌اند. آنها ابتدا به مدت 7 ساعت، انواع مختلفی از چوب را مانند چوب بلوط درون محلولی از سدیم هیدروکسید و سدیم سولفیت جوشاندند. بیشتر سلولز نشاسته‌ای در این فرآیند دست نخورده باقی ماند. اما بخشی از ترکیبات احاطه کننده سلولز مانند پلیمر لیگنین که سلولزها را به هم متصل می‌کند، در این فرآیند جدا شد و بدین‌سان، فضای خالی بیشتری درون ساختار چوب به وجود آمد.
در مرحله بعد، پژوهشگران چوب را به مدت یک روز، مانند ساندویچ پانینی در دمای 100 درجه سانتیگراد تحت فشار قرار دادند. نتیجه این فرآیند، قطعه چوبی بود که هر چند ضخامتش به یک پنجم کاهش پیدا کرده بود، اما چگالی‌اش سه برابر چگالی چوب معمولی و استحکامش 11.5 برابر چوب معمولی بود. تلاش‌های پیشین برای افزایش چگالی چوب، استحکام آن را بین سه تا چهار برابر افزایش داده بودند.
اما راز این افزایش چشمگیر استحکام چوب چه بود؟
پژوهشگران با استفاده از میکروسکوپ الکترونی پویشی (SEM) متوجه شدند که طی پرس داغ، لوله‌های سلولزی خرد و درون هم قفل شده‌اند. به بیان دیگر، همه نانوفیبرها در جهت رشد هم راستا شده بودند.
برای آزمایش سختی چوب جدید، پژوهشگران گلوله‌هایی را با استفاده از تفنگ بادی به آن شلیک کردند که معمولاً برای بررسی مقاومت خودروهای زره‌پوش نظامی بکار می‌روند. آنها پنج لایه از ماده جدید را به هم لمینیت کردند تا به قطعه‌ای با ضخامت تنها 3 میلیمتر دست یابند. اما همین چوب پنج لایه توانست پرتابه‌ای فولادی به وزن 46 گرم را با سرعت 30 متر بر ثانیه شلیک شده بود، متوقف کند.
درست است که سرعت این پرتابه به مراتب کمتر از سرعت چند صد متر بر ثانیه‌ای است که بیشتر گلوله‌ها هنگام خروج از لوله تفنگ به آن دست می‌یابند، اما نزدیک به سرعت عموم خودروها هنگام تصادف است. با توجه به عملکرد خوب این ماده، می‌توان آن را به عنوان ماده‌ای جایگزین برای ساخت بخش‌هایی از خودرو در نظر گرفت.
اما برخی پژوهشگران نسبت به این روش انتقاداتی را مطرح می‌کنند. گروهی می‌گویند که نیازی به مرحله گران قیمت جدا کردن لیگنین از چوب نیست و همان پرس داغ برای افزایش مقاومت چوب کفایت می‌کند. آنها به نتایج آزمایشی در دانشگاه ایالتی اورگان اشاره می‌کنند که قطعه‌ای 24 لایه از چوب چگالیده (بدون حمام شیمیایی) توانست گلوله‌ای 9 میلیمتری را که از سلاح کمری شلیک شده بود، متوقف کند. گروهی دیگر هم معتقدند باقی ماندن بخشی از لیگنین به استحکام بیشتر چوب کمک می‌کند. آنها معتقدند بالاترین استحکام چوب در شرایطی اتفاق می‌افتد که حدود 45 درصد از لیگنین درون آن خارج شود.
