Noul superlemn ameninţă supremaţia oţelului?

Câţiva ingineri de la Universitatea din Maryland, College Park (UMD) au descoperit o modalitate de a face lemnul de peste 10 ori mai rezistent şi mai dur decât acesta este în stare naturală, supunându-l la un tratament inovator ce îl face mai puternic decât multe aliaje din titan.

„Acest nou mod de a trata lemnul îl face de 12 ori mai puternic decât lemnul natural şi de 10 ori mai dur”, a declarat Liangbing Hu de la Şcoala de Inginerie A. James Clark din UMD şi liderul echipei care a făcut cercetarea, potrivit revistei Nature. „Ar putea intra în competiţie cu oţelul sau chiar cu aliajele de titan, este atât de puternic şi durabil. Este, de asemenea, comparabil cu fibra de carbon, dar mult mai ieftin”. Hu este profesor asociat de ştiinţă şi inginerie a materialelor şi membru al Institutului de Inovare pentru Energie din Maryland.

„Este puternic şi dur, o combinaţie care nu se găseşte de obicei în natură”, a declarat Teng Li, co-lider al echipei şi Samuel P. Langley, profesor asociat de inginerie mecanică la Clark School UMD. „Este la fel de puternic ca oţelul, dar de şase ori mai uşor. Este nevoie de 10 ori mai multă energie pentru a-l rupe decât lemnul natural, poate fi chiar îndoit şi turnat la începutul procesului”.

Echipa de cercetători a testat atât noul material lemnos tratat, cât şi lemnul natural cu ajutorul unor proiectile de tip glonţ. Proiectilul a trecut lejer prin lemnul natural. Lemnul tratat a oprit proiectilul, nepermiţând să treacă prin el.

„Pădurile moi, cum ar fi pinul sau balsa, care cresc repede şi sunt mai ecologice, ar putea înlocui pădurile cu creşteri mai lente, dar mai dense, cum ar fi tecul, folosit la realizarea de mobilier sau pentru construcţii. Hârtia oferă o cale foarte promiţătoare pentru proiectarea materialelor structurale uşoare, având un potenţial extraordinar pentru o gamă largă de aplicaţii cu rezistenţă ridicată, duritate mare şi rezistenţă balistică superioară”, a declarat Huajian Gao, profesor la Brown University, care nu a fost implicat în acest studiu. „Este deosebit de incitant să observăm că metoda este versatilă pentru diferite specii de lemn şi este destul de uşor de realizat. Acest tip de lemn ar putea fi folosit la maşini, avioane, clădiri – orice aplicaţie în care se utilizează oţelul”, a spus Hu, potrivit Science Daily.

În cadrul experimentului, cercetătorii au înlăturat lignina din lemn, acea parte care conferă lemnului atât rigiditate, cât şi culoarea maronie. Apoi, acesta este comprimat la o temperatură moderată (65°C). Acest proces face ca fibrele de celuloză să fie extrem de unite laolaltă. Orice defecte, precum găuri sau noduri sunt eliminate şi compactate. Procedeul de tratament a fost extins ulterior, cu ajutorul unui strat de vopsea specială.

„Având în vedere abundenţa lemnului, precum şi a altor plante bogate în celuloză, această lucrare inspiră imaginaţia,” a declarat Zhigang Suo, profesor de mecanică şi materiale la Universitatea Harvard, care, de asemenea, nu a fost implicat în studiu. „

„Cea mai remarcabilă observaţie, în opinia mea, este existenţa unei concentraţii limitate de lignină, adezivul dintre celulele lemnoase, pentru a maximiza performanţa mecanică a lemnului dens. Mai mult, un interes deosebit este faptul că densificarea lemnului duce la ambele, forţă şi duritate sporită, două proprietăţi care de obicei se compensează reciproc „, a spus Orlando J. Rojas, profesor la Universitatea Aalto din Finlanda.

În fond, studiul lui Hu a explorat capacităţile nanotehnologice ale lemnului natural. Anterior acestei descoperiri s-au realizat şi alte tehnologii, aflate la rândul lor în curs de dezvoltare, din materiale înrudite cu nanoceluloza:

• hârtie super-transparentă pentru înlocuirea plasticului;
• hârtie fotonică pentru îmbunătăţirea eficienţei celulelor solare cu 30%;
• o baterie şi un supercapacitor din lemn;
• o baterie dintr-o frunză;
• lemn transparent pentru clădiri eficiente din punct de vedere energetic;
• desalinizarea solară a apei pentru băut şi, în special, filtrarea coloranţilor toxici.

Aceste tehnologii pe bază de lemn sunt comercializate de compania UMD, Inventwood LLC. Dintre acestea, modificarea lemnului natural într-un „material structural de înaltă performanţă” deschide indubitabil noi oportunităţi în domenii importante precum construcţiile, industria auto sau aeronautica.