U legnu naturale è u metallu sò stati materiali di custruzzione essenziali per l'omu per millaie d'anni. I polimeri sintetici chì chjamemu plastichi sò una invenzione recente chì hè esplosa in u XXu seculu.
Sia i metalli sia i plastichi anu proprietà chì sò adatte per l'usu industriale è cummerciale. I metalli sò forti, rigidi è generalmente resistenti à l'aria, l'acqua, u calore è u stress custante. Tuttavia, necessitanu ancu più risorse (chì significa più caru) per pruduce è raffinà i so prudutti. A plastica furnisce alcune di e funzioni di u metallu mentre richiede menu massa è hè assai economica da pruduce. E so proprietà ponu esse persunalizate per quasi ogni usu. Tuttavia, i plastichi cummerciali economici producenu materiali strutturali terribili: l'apparecchi di plastica ùn sò micca una bona cosa, è nimu vole campà in una casa di plastica. Inoltre, sò spessu raffinati da combustibili fossili.
In certe applicazioni, u legnu naturale pò cumpete cù i metalli è i plastichi. A maiò parte di e case di famiglia sò custruite nantu à struttura di legnu. U prublema hè chì u legnu naturale hè troppu dolce è troppu facilmente dannighjatu da l'acqua per rimpiazzà a plastica è u metallu a maiò parte di u tempu. Un articulu recente publicatu in a rivista Matter esplora a creazione di un materiale di legnu induritu chì supera queste limitazioni. Sta ricerca hà culminatu in a creazione di cultelli è chiodi di legnu. Quantu hè bonu u cultellu di legnu è l'userete prestu?
A struttura fibrosa di u legnu hè cumposta da circa 50% di cellulosa, un polimeru naturale cù teoricamente bone proprietà di resistenza. A metà restante di a struttura di u legnu hè principalmente lignina è emicellulosa. Mentre a cellulosa forma fibre lunghe è dure chì furniscenu à u legnu a spina dorsale di a so forza naturale, l'emicellulosa hà una struttura pocu coerente è dunque ùn cuntribuisce nunda à a resistenza di u legnu. A lignina riempie i vuoti trà e fibre di cellulosa è svolge compiti utili per u legnu vivu. Ma per u scopu di l'omu di cumpattà u legnu è di ligà e so fibre di cellulosa più strettamente inseme, a lignina hè diventata un ostaculu.
In questu studiu, u legnu naturale hè statu trasfurmatu in legnu induritu (HW) in quattru tappe. Prima, u legnu hè bollitu in idrossidu di sodiu è sulfatu di sodiu per rimuovere una parte di l'emicellulosa è di a lignina. Dopu à questu trattamentu chimicu, u legnu diventa più densu pressendulu in una pressa per parechje ore à temperatura ambiente. Questu riduce i spazii naturali o i pori in u legnu è migliora u ligame chimicu trà e fibre di cellulosa adiacenti. Dopu, u legnu hè pressurizatu à 105 ° C (221 ° F) per qualchì ora in più per cumpletà a densificazione, è poi asciugatu. Infine, u legnu hè immersu in oliu minerale per 48 ore per rende u pruduttu finitu impermeabile.
Una pruprietà meccanica di un materiale strutturale hè a durezza di l'indentazione, chì hè una misura di a so capacità di resiste à a deformazione quandu hè spremitu da a forza. U diamante hè più duru di l'acciaiu, più duru di l'oru, più duru di u legnu è più duru di a schiuma di imballaggio. Trà i numerosi testi d'ingegneria aduprati per determinà a durezza, cum'è a durezza Mohs aduprata in gemmologia, u test Brinell hè unu di elli. U so cuncettu hè simplice: un cuscinettu à sfera di metallu duru hè pressatu in a superficia di prova cù una certa forza. Misurate u diametru di l'indentazione circulare creata da a palla. U valore di durezza Brinell hè calculatu aduprendu una formula matematica; in grossu, più grande hè u foru chì a palla colpisce, più dolce hè u materiale. In questu test, HW hè 23 volte più duru di u legnu naturale.
A maiò parte di u legnu naturale micca trattatu assorbe l'acqua. Questu pò espande u legnu è infine distrughje e so proprietà strutturali. L'autori anu utilizatu un bagnu minerale di dui ghjorni per aumentà a resistenza à l'acqua di l'HW, rendendulu più idrofobicu ("paura di l'acqua"). A prova di idrofobicità implica mette una goccia d'acqua nantu à una superficia. Più idrofobica hè a superficia, più sferiche diventanu e gocce d'acqua. Una superficia idrofila ("amante di l'acqua"), invece, sparghje e gocce piatte (è successivamente assorbe l'acqua più facilmente). Dunque, l'immersione minerale ùn solu aumenta significativamente l'idrofobicità di l'HW, ma impedisce ancu à u legnu di assorbe l'umidità.
In certi testi d'ingegneria, i cultelli HW anu avutu risultati ligeramente megliu cà i cultelli di metallu. L'autori dichjaranu chì u cultellu HW hè circa trè volte più affilatu chè un cultellu dispunibule in u cummerciu. Tuttavia, ci hè una riserva à questu risultatu interessante. I circadori stanu paragunendu i cultelli di tavola, o ciò chì pudemu chjamà cultelli di burro. Quessi ùn sò micca pensati per esse particularmente affilati. L'autori mostranu un video di u so cultellu chì taglia una bistecca, ma un adultu abbastanza forte puderia probabilmente taglià a stessa bistecca cù u latu smussatu di una forchetta di metallu, è un cultellu di bistecca funzionerebbe assai megliu.
È i chiodi ? Un solu chiodu HW pò apparentemente esse facilmente martellatu in una pila di trè tavule, ancu s'ellu ùn hè micca cusì dettagliatu cum'è hè relativamente faciule paragunatu à i chiodi di ferru. I pioli di legnu ponu tandu tene e tavule inseme, resistendu à a forza chì li strapperia, cù circa a stessa tenacità di i pioli di ferru. In i so testi, però, e tavule in i dui casi anu fallitu prima chì unu di i chiodi fallissi, dunque i chiodi più forti ùn sò stati esposti.
I chiodi HW sò megliu in altri modi? I picchetti di legnu sò più ligeri, ma u pesu di a struttura ùn hè micca principalmente guidatu da a massa di i picchetti chì a tenenu inseme. I picchetti di legnu ùn arrugginiscenu micca. Tuttavia, ùn saranu micca impermeabili à l'acqua o à a biodecomposizione.
Ùn ci hè dubbitu chì l'autore hà sviluppatu un prucessu per fà u legnu più forte di u legnu naturale. Tuttavia, l'utilità di a ferramenta per ogni travagliu particulare richiede più studii. Pò esse cusì economicu è senza risorse cum'è a plastica? Pò cumpete cù oggetti metallichi più forti, più attrattivi è infinitamente riutilizzabili? A so ricerca suscita dumande interessanti. L'ingegneria cuntinua (è infine u mercatu) li risponderà.
Data di publicazione: 13 d'aprile di u 2022
