Ang mga siyentipiko ay gumawa ng artipisyal na kahoy mula sa mga sintetikong resin na habang ginagaya ang natural na kahoy ay nagpapakita ng mga pinabuting katangian para sa multifunctional na paggamit
Ang kahoy ay isang ng bahagi ng katawan fibrous tissue found in trees, bushes and shrubs. Wood can be called as the most useful and maybe the most versatile material on planeta Earth. It has been used for thousands of years for multiple purposes and is highly remarked for its low density and high strength. The unique anisotropic cellular structure (i.e. different properties in different directions) of wood grants it amazing mechanical properties as well making it strong, stiff but still light and flexible. Wood has high compressive strength and low tensile strength. Wood is environment and cost friendly, super strong, durable and long-lasting and can be used for building just anything from making paper to building houses.
Binigyan na tayo ng kalikasan ng mga kamangha-manghang materyales tulad ng kahoy. Gayunpaman, palaging may inspirasyon na umiikot sa kalikasan para sa atin na magdisenyo at bumuo ng mga biomimetic engineering na materyales na may mataas na pagganap, na maaaring 'gayahin' ang mga kamangha-manghang katangian ng mga biomaterial na natagpuan na sa kalikasan. Ang pagiging kakaiba ng kahoy ay nagmumula sa anisotropic cellular structure nito kasama ang mababang density at mataas na lakas. Sa kamakailang nakalipas na mga siyentipiko ay sinubukang magdisenyo ng mga materyales na isinasaalang-alang ang konseptong ito sa isang bid na duplicate ang mga katangian ng kahoy tulad ng mataas na lakas at liwanag. Gayunpaman, karamihan sa mga pananaliksik ay humantong sa mga hindi kasiya-siyang resulta dahil ang mga materyales na idinisenyo ay nagdusa mula sa isang depekto o sa iba pa. Ito ay nananatiling isang malaking hamon para sa mga inhinyero na magtayo artipisyal mga materyales na parang kahoy. Ito ay may mataas na kaugnayan dahil ito ay tumatagal ng mga dekada upang mapalago ang natural na kahoy at ang oras at kahusayan ay isang malakas na pamantayan kapag naghahanap upang gumawa ng isang materyal na katulad ng natural na kahoy.
Bioinspired na kahoy
Ang mga mananaliksik mula sa Unibersidad ng Agham at Teknolohiya ng Tsina ay gumawa ng isang nobelang diskarte para sa paggawa ng bioinspired na artificial polymeric kahoy sa malaking proporsyon. Ang artipisyal na materyal na ito ay may parang kahoy na cellular microstructure, mahusay na pagkontrol sa microstructure at magpapakita ng mga katangian tulad ng liwanag at mataas na lakas na kahalintulad sa mga mekanikal na katangian ng natural na kahoy. Sinasabi ng mga mananaliksik na ang bagong materyal na ito ay kasing lakas ng natural na kahoy hindi katulad ng iba pang engineered wood na sinaliksik hanggang sa kasalukuyan.
Ang kahoy na matatagpuan sa kalikasan ay naglalaman ng natural na polimer na tinatawag na lignin na siyang responsable sa pagpapatibay ng kahoy. Ang lignin ay nagbibigkis ng maliliit na crystallites ng selulusa sa isang mala-mesh na istraktura upang lumikha ng mataas na lakas. Naisip ng mga mananaliksik na kopyahin ang lignin sa pamamagitan ng paggamit ng synthetic polymer na tinatawag na resol na may katulad na mga katangian. Matagumpay nilang na-convert ang mga tradisyonal na magagamit na mga resol (phenolic resin at melamine resin) sa artipisyal na kahoy parang materyal. Ang conversion ay nakamit sa pamamagitan ng unang paggamit ng mga katangian ng self-assembly ng polymer resol at pagkatapos ay sa pamamagitan ng pagsailalim sa themocuring. Para sa pagkamit ng self-assembly, ang mga likidong thermostat resin ay unidirectionally frozen, pagkatapos ay cured (cross-linked o polymerized) sa temperatura na hindi hihigit sa 200 degrees Celsius. Ang engineered wood na ginawa ay gumagamit ng isang cell-like structure na malapit na kahawig ng natural na kahoy. Kasunod nito, ang thermocuring - isang proseso na binubuo ng pagbabago ng kemikal na dulot ng temperatura (dito, polymerization) sa resol - ay isinagawa upang makagawa ng mga artipisyal na polymeric woods. Ang laki ng butas at kapal ng pader ng naturang materyal ay maaaring manu-manong kontrolin. Hindi lang iyon, ang mga crystallite na ginagawa ng resol ay maaari ding baguhin batay sa pangangailangan ng uri ng kahoy. Ang kulay ay maaari ding baguhin sa pamamagitan ng pagdaragdag o pagpapalit ng mga crystallites na pinagsasama-sama ang resol. Kapag ang engineered na kahoy na ito ay na-compress, ito ay nagpapakita ng resistensya katulad ng natural na katapat nito. Ang diskarte na inilarawan sa pag-aaral ay maaari ding tawagin bilang isang berdeng diskarte upang maghanda ng mga artipisyal na kakahuyan kung saan maaaring gamitin ang compost ng mga nanomaterial tulad ng cellulose nanofibers at graphene oxide.
Kapansin-pansin, ang engineered na artipisyal na kahoy ay nagpapakita ng mas mahusay na resistensya sa kaagnasan sa tubig at acid kumpara sa natural na kahoy habang ipinapalagay na walang pagbaba sa mga mekanikal na katangian nito. Nangangahulugan ito na ang artipisyal na kahoy ay maaaring labanan ang matinding mga kaganapan sa panahon at mapapabuti sa pagbibigay ng proteksyon. Nagpapakita rin ito ng mas mahusay na thermal insulation at pinahusay na paglaban sa apoy at hindi madaling masunog tulad ng natural na kahoy dahil pangunahin na ang resol ay fire retardant. Maaari itong maging isang pagpapala para sa mga sektor tulad ng pagmamanupaktura at konstruksyon lalo na ang mga gusali ng tirahan na nasusunog kapag ginawa gamit ang natural na kahoy. Ang materyal ay perpektong angkop para sa matigas at malupit na kapaligiran dahil ito ay lubos na pinahusay kung ihahambing sa natural na kahoy. Ito ay natatangi kung ihahambing sa mga karaniwang materyales sa engineering tulad ng mga cellular ceramics at aerogels na may paggalang sa lakas at mga katangian ng thermal insulation. Ito rin ay mas epektibo kaysa sa karamihan ng mga plastic-wood composites dahil sa mas mataas na lakas nito. Ang engineered na kahoy ay may napakaraming katangian na ginagawa itong mas mahusay.
Ang diskarte sa nobela na inilarawan sa pag-aaral na ito na inilathala sa Paglago Science nagbibigay ng mga bagong paraan upang gumawa at mag-inhinyero ng iba't-ibang high-performance na biomimetic engineering composite na materyales na magkakaroon ng ilang makabuluhang bentahe sa kanilang tradisyonal na mga katapat. Ang mga naturang nobela na materyales ay maaaring magkaroon ng malawak na aplikasyon sa maraming larangan.
***
{Maaari mong basahin ang orihinal na papel ng pananaliksik sa pamamagitan ng pag-click sa link ng DOI na ibinigay sa ibaba sa listahan ng (mga) binanggit na pinagmulan}
Pinagmulan (s)
Zhi-Long Y at al. 2018 Bioinspired polymeric woods. Paglago Science. 4(8).
https://doi.org/10.1126/sciadv.aat7223
***
