چوب متراکم شده جایگزینی پایدار برای مصالح ساختاری سنتی

محققان دانشگاه نانجینگ یک استراتژی جدید تراکم خود را برای ایجاد چوب فوق العاده قوی که می تواند جایگزین فلزات و آلیاژها شود، توسعه داده اند.

کد خبر: ۱۲۴۲۸۶۳

چهارشنبه - ۰۶ فروردين ۱۴۰۴ / March 26, 2025

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، چوب، یک مصالح سازه‌ای سنتی و پایدار، به دلیل در دسترس بودن و خواص مکانیکی، از دیرباز در ساخت و ساز و مبلمان استفاده می‌شده است. با این حال، استحکام چوب طبیعی اغلب برای کاربرد‌های مهندسی پیشرفته کافی نیست. اکنون، محققان دانشگاه نانجینگ یک استراتژی جدید تراکم خود را برای ایجاد چوب فوق العاده قوی که می‌تواند جایگزین فلزات و آلیاژ‌ها شود، توسعه داده‌اند.

الیاف چوب عمدتاً از سلولز همراه با ماده چسبنده‌ای به نام لیگنین تشکیل شده‌اند. این مخلوط دیواره‌ای را تشکیل می‌دهد که اساساً یک لوله توخالی طولانی است - فیبر - که در طول قطعه چوب بزرگ‌تر قرار دارد. فضای توخالی داخل لوله لومن نامیده می‌شود و این چیزی است که استحکام چوب را محدود می‌کند.

این تیم به رهبری دافانگ هوانگ و جی لی از ترکیبی از لایه‌برداری جزئی و فرآیند تورم LiCl/DMAc برای آزادسازی و سازماندهی مجدد الیاف چوب استفاده کردند. این روش به الیاف اجازه می‌دهد تا به سمت داخل حرکت کنند و مجرای سلولی را پر کنند و به دنبال آن با هوا خشک شوند تا به خود متراکم شوند. بر خلاف چوب فشرده سنتی که متکی به فشرده سازی یک طرفه است، این چوب خود متراکم شده انقباض یکنواختی را در ناحیه عرضی نشان می‌دهد و بعد طولی خود را حفظ می‌کند.

این کار با جوشاندن یک بلوک چوب در مخلوطی از هیدروکسید سدیم (لیمو) و سولفیت سدیم شروع می‌شود و مقداری از لیگنین را از بین می‌برد. سپس آن بلوک در مخلوط گرم شده نمک لیتیوم کلرید و حلالی به نام دی متیل استامید غوطه ور می‌شود. این باعث می‌شود که سلولز (و لیگنین باقیمانده) متورم شود و به سمت داخل منبسط شود تا لومن را پر کند.

در مرحله آخر، چوب فرآوری شده به مدت ۱۰ ساعت در دمای اتاق در هوا خشک می‌شود. همانطور که این کار را انجام می‌دهد، از همه طرف به طور یکنواخت به سمت داخل جمع می‌شود، اما طول اولیه خود را حفظ می‌کند.

چوب خود متراکم شده به دست آمده خواص مکانیکی استثنایی را نشان می‌دهد. استحکام کششی فوق العاده بالای ۴۹۶.۱ مگاپاسکال، استحکام خمشی ۳۹۲.۷ مگاپاسکال و چقرمگی ضربه‌ای ۷۵.۲ کیلوژول بر متر مربع است که به طور قابل توجهی از چوب طبیعی و چوب فشرده سنتی پیشی می‌گیرد. چوب خود متراکم شده همچنین خواص مکانیکی یکنواختی را در همه جهات نشان می‌دهد و آن را برای محیط‌های مکانیکی پیچیده مناسب می‌کند.

نوآوری این مطالعه در توانایی آن برای افزایش خواص مکانیکی چوب بدون نیاز به پرس گرم است. این روش نه تنها استحکام و چقرمگی مواد را بهبود می‌بخشد، بلکه ماهیت سبک وزن آن را نیز حفظ می‌کند. ریزساختار یکنواخت چوب خود متراکم شده و پیوند هیدروژنی تقویت شده بین الیاف سلولزی به عملکرد عالی آن کمک می‌کند.

کاربرد‌های بالقوه این چوب فوق العاده قوی بسیار زیاد است. این می‌تواند به عنوان یک جایگزین پایدار برای مصالح ساختاری سنتی در ساخت و ساز، مبلمان و سایر صنایع عمل کند. محققان همچنین تطبیق پذیری این ماده را با ساخت یک میخ چوبی نشان دادند که در آزمایش‌های تحمل بار عملکرد بهتری از میخ‌های فولادی داشت.

این پیشرفت در پردازش چوب راه حلی پایدار برای تقاضای فزاینده برای مواد با کارایی بالا ارائه می‌دهد و نگرانی‌های زیست محیطی و محدودیت‌های منابع را برطرف می‌کند. خواص قابل توجه چوب خود متراکم شده آن را به یک کاندید امیدوارکننده برای جایگزینی فلزات و آلیاژ‌های سنتی در کاربرد‌های مختلف تبدیل کرده است.

امید است که با توسعه بیشتر این فناوری، چوب خود متراکم شده بتواند به عنوان جایگزینی برای فلزات سنتی در ساخت و ساز ساختمان و سایر کاربرد‌های احتمالی مورد استفاده قرار گیرد.

مقاله‌ای در مورد این تحقیق که توسط دافانگ هوانگ و جی لی رهبری شد، اخیراً در مجله منابع زیستی و محصولات زیستی منتشر شده است.