Американські дослідники значно посилили міцність деревини за допомогою твердих нанорозмірних матеріалів.

Ідея науковців з Флоридського Атлантичного університету, Університету Майамі та Окриджської національної лабораторії полягала у хімічному вдосконаленні лігноцелюлози. Щорічно у світі виробляється 181,5 млрд тонн деревини, що робить її перспективним відновлювальним ресурсом.

«Розглядаючи деревину на різних рівнях - від мікроскопічних структур всередині клітинних стінок до цілого шматка дерева - ми змогли більше дізнатися про те, як хімічно покращити натуральні матеріали для використання», - пояснює старший автор дослідження Вівіан Мерк.

Дослідники мали на меті перевірити, чи може додавання надміцних нанорозмірних мінералів зробити деревину ще міцнішою, не збільшуючи при цьому її ваги, вартості виробництва та впливу на навколишнє середовище. Після вивчення твердих пород деревини науковці зупинили вибір на червоному дубі.

Вченим вдалось отримати феригідрит - природний мінерал оксиду заліза. Для цього вони поєднали нітрат заліза і гідроксид калію. Отриманий мінерал необхідно було ввести у внутрішню структуру деревини. В результаті деревина стала ще міцнішою і майже не отримала додаткової ваги.

Зображення показує розподіл феригідриту у внутрішній структурі деревини (бірюзового кольору)/Florida Atlantic University

Незважаючи на підвищену міцність внутрішньої структури деревини після обробки, її загальна поведінка при згинанні або зламі істотно не змінилася. Дослідники переконують, що такий екологічний матеріал може виступити альтернативою сталі та бетону під час зведення будівель, мостів, виготовлення меблів та покриттів для підлоги.

Для ретельного аналізу структури деревини дослідницька група використовувала атомно-силову мікроскопію, яка дозволила на дуже тонкому рівні перевірити її жорсткість і еластичність. Вони також використовували інший метод, що зветься AM-FM для точних спостережень за тим, як мінеральна обробка змінює внутрішню структуру деревини.

«Зміцнюючи натуральну деревину за допомогою екологічно безпечних та економічно ефективних методів, наші дослідники закладають основу для нового покоління біоматеріалів, які потенційно можуть замінити традиційні матеріали, такі як сталь та бетон у будівельних конструкціях», - підкреслила декан Коледжу інженерії та комп'ютерних наук Стелла Баталама.

Результати дослідження були опубліковані у журналі ACS Applied Materials and Interfaces.