субота, 11 серпня, 2018, 17:04 Суспільство
Китайські вчені домоглися створення із полімеру штучної вогнестійкої деревини
Zhi-Long Yu et al. / Science Advances, 2018
Zhi-Long Yu et al. / Science Advances, 2018

Китайські вчені створили з полімеру штучну деревину, яка за своїм хімічним складом та мікроструктурою нагадує справжню, але має більшу вогнестійкість і краще витримує вплив води і кислоти.

Про це йдеться в статті, опублікованій в журналі Science Advances, передає наукове видання N+1.

Дерево залишається одним з найпоширеніших конструкційних матеріалів через доступність і вигідним поєднанням високої міцності, низької щільності і теплопровідності. Вчені давно намагаються створити матеріали з аналогічними властивостями на основі самої деревини чи інших матеріалів.

Група вчених під керівництвом Шу-Хун Юй (Shu-Hong Yu) з Хефейської національної лабораторії фізичних наук у мікро-масштабі створила матеріал іншого складу, але з аналогічною структурою. Як аналог лігніну в цьому дереві вчені використовували резольну смолу, яка має схожу до поліфенольної структуру. Крім того, дослідники використовували в якості альтернативи резольної смоли меламінформальдегідну смолу.

Для виготовлення штучної деревини створюється водний розчин, в який додають одну з двох смол, невеликий обсяг хітозану й оцтову кислоту. Розчин поміщають в форму з дном з мідної пластини, яку охолоджують рідким азотом. Через це розчин застигає і під час застигання відбувається процес самоорганізації полімерів в матрицю з довгастих каналів, аналогічну до лігнінової матриці в деревині. Після утворення бруска з льоду і полімерної матриці його поміщають в апарат для вакуумної сушки, де видаляється вода, а потім нагрівають до температури не більш як 200 градусів за Цельсієм, за рахунок чого матриця повністю твердне.

Схема створення штучної деревини.
Zhi-Long Yu et al. / Science Advances, 2018
Схема створення штучної деревини. Zhi-Long Yu et al. / Science Advances, 2018

Дослідження за допомогою скануючого електронного мікроскопа показали, що отриманий матеріал нагадує за своєю структурою деревину. Товщина стінок матриці становить 3-5 мікрометрів, а ширина трубок – кілька десятків мікрометрів. Експерименти показали, що ці параметри залежать від концентрації полімеру в вихідному розчині, швидкості охолодження і температури затвердіння полімеру. Крім «чистої» штучної деревини вчені також створили композити з додаванням інших матеріалів, таких як оксид графену, а також оксид і карбід кремнію.

Фото і мікроструктури справжньої деревини бальси (A, B і C) та штучної деревини.
Zhi-Long Yu et al. / Science Advances, 2018
Фото і мікроструктури справжньої деревини бальси (A, B і C) та штучної деревини. Zhi-Long Yu et al. / Science Advances, 2018

Вчені протестували властивості штучної деревини і порівняли їх зі справжньою. Для деяких складів межа міцності на стиск виявився рівним 45 мегапаскалей, що можна порівняти з деякими видами справжньої деревини. Разом з тим, модуль пружності такого матеріалу становлять до 700 мегапаскалей, що приблизно на порядок менше типових значень для деревини. Також експерименти показали, що місячна витримка матеріалу у воді або сірчаній кислоті знижує його механічні властивості, але не так сильно, як властивості деревини бальси, з якою проводили аналогічний експеримент. Крім того, випробування показали, що штучний матеріал володіє порівнянної теплопровідністю, але більш вогнестійкий.

Деякі вчені працюють в іншому напрямку і розробляють методи створення більш досконалих матеріалів на основі справжньої деревини. Наприклад, на початку року американські дослідники описали метод підвищення міцності деревини в 11,5 раза за допомогою пресування і варіння в лугу. А інша група вчених пересобран волокна деревної целюлози в матеріал, який по своїй міцності перевершує всі відомі біополімерні матеріали, в тому числі павуковий шовк, а також багато сплавів, в тому числі деякі марки сталі.

* Якщо Ви знайшли помилку в тексті новини, виділіть її та натисніть Ctrl+Enter.
реклама
більше новин
Top
2018-10-20 13:39 :53