Mokslo ir technologijų pasaulis

Ši medžiaga yra tvirtesnė už plieną, gali atremti kulkas, bet yra lengvesnė nei bet kokie metalo lydiniai, o taip yra dėl to, kad ši naujoji „supermedžiaga“ yra pagaminta praktiškai iš medienos. Ją sukūrė Energijos tyrimų centro universiteto mokslininkas Liangbing Hu su savo kolegomis.

Rinkdamiesi medžiagas, architektai ir inžinieriai dažnai turi ką nors paaukoti. Štai plieno ir metalo lydiniai yra labai tvirti, tačiau nepaprastai sunkūs, o jų gamybos procesas turi neigiamos įtakos aplinkai. Alternatyva – pagrinde iš plastiko sudarytos medžiagos, tačiau jų gamybos procesas yra labai sudėtingas, o dėl to ir pačios medžiagos yra labai brangios.

Pastarąjį tūkstantmetį daugiausia buvo naudojama mediena, kuri yra pigi ir jos yra daug. Tačiau dabar jos mechaninės savybės nebėra laikomos tinkamomis. Dėl to L.Hu komanda rado būdą kaip išnaudoti šios pigios ir gausios medžiagos savybes.

Natūralioje formoje medienos ląstelės yra standžios dėl polimerų, žinomų kaip ligninas ir hemiceliuliozė. Medienoje taip pat yra siaurų vamzdelių sistemų, žinomų kaip lumina, kurios išsidėsčiusios lygiagrečiai augimo kryptimi. Siekdami paversti šią sistemą naudingesne medžiaga, L.Hu komanda pirmiausia medieną apdirba druskos tirpalu, kuris pašalina didžiąją dalį lignino ir hemiceliuliozės, o dėl to ląstelių sienelės tampa korėtos ir ne tokios standžios.

Po to mokslininkai medieną suspaudžia įkaitinę ją iki 100 laipsnių temperatūros. Dėl to ląstelių sienelės ir lumina suyra, o medienos storis sumažėja 20 proc.

Suspaustoje medžiagoje lieka tankiai suspaustos medienos ląstelės, išsidėsčiusios lygiagrečiai augimo krypčiai – dėl to yra gaunama tvirta celiuliozės nanopluoštų sistema. Šie pluoštai turi vandenilio ir oksido grupes molekulinių struktūrų pavidalu, dėl ko sudaromos sąlygos tvirtam tarpusavio ryšiui. Šios naujos medžiagos tankis yra tris kartus didesnis nei neapdorotos medienos.

Kai tik L. Hu komanda ištobulins šį apdirbimo procesą, jie ims bandyti naująją medžiagą. Dauguma struktūrinių medžiagų balansuoja tarp tempimo stiprumo (atsparumo lūžiams, kai medžiaga yra tempiama) bei tvirtumo (kiek energijos medžiaga gali sugerti prieš sulūždama).

Tačiau mokslininkai mano, kad naujoji medžiaga yra geresnė abiem minėtais aspektais. Jos tempimo stiprumas yra 11,5 karto didesnis nei natūralios medienos, dėl ko ši medžiaga yra žymiai tvirtesnė nei įprastas plastikas, toks kaip nailonas ar polisterenas. Tačiau tuo pačiu naujoji medžiaga yra ir tvirtesnė – jos tvirtumas yra 8,3 karto didesnis už natūralios medienos, o tai reiškia, kad ji tvirtesnė net ir už metalo lydinius.

Apibendrinant galima teigti, kad L.Hu komanda sukūrė medžiagą, kuri yra nebrangi, lengva ir siūlanti puikias eksploatacines savybes palyginus su dabartinėmis statybinėmis medžiagomis. O ši medžiaga jau netolimoje ateityje gali rasti įvairių jos pritaikymo galimybių.

Parengta pagal „Physics World“.