مادة فائقة مضادة للرصاص والحريق وأقوى من الفولاذ

أصبح الخشب اللين الذي تم تحويله على المستوى الجزيئي مادة أقوى من الفولاذ لكنها أخف وزناً بست مرات، كما أنها مضادة للرصاص والحريق.

في المستودع الضخم لشركة ناشئة تدعى InventWood، سيبدأ قريبًا الإنتاج الضخم لمادة جديدة وغريبة: الخشب اللين الذي يتم تحويله على المستوى الجزيئي إلى مادة أقوى من الفولاذ ولكنها أخف وزنًا بست مرات.

من المتوقع أن يكون الخشب الفائق - وهو اسم هذه المادة الخاصة - قادرًا على استبدال العوارض الفولاذية في هيكل المبنى، كما أنه مقاوم للصدمات بدرجة كافية لصنع أبواب مضادة للرصاص.

علاوة على ذلك، تتميز هذه المادة بمقاومتها للحريق. كما أن الطبقة الخارجية من الخشب الفائق تتفحم لحماية الجزء الداخلي، مما يمنع انهياره في النار كما هو الحال مع الفولاذ.

الخشب المعدل

يُعتبر ليانجبينغ هو "مخترع" الخشب المُصنّع. قبل التدريس في جامعة ييل، كان هو مديرًا لمركز ابتكار المواد في جامعة ماريلاند.

هناك، اخترع مجموعة متنوعة من الأخشاب الفريدة التي تميّزت بخصائص مثل الشفافية، وقابلية التشكيل كالبلاستيك، ومرونة الكرة المطاطية. جميع اختراعات هو تضمنت التلاعب بالخشب على المستوى الجزيئي.

يتميز الخشب ببنية مدمجة ومتانة الفولاذ. الصورة: InventWood.

في عام 2018، واصل هو وزملاؤه إحداث تغييرات كبيرة في عالم علوم المواد عندما قدموا التكنولوجيا وراء Superwood في ورقة بحثية في مجلة Nature.

لإنتاج هذه المادة، بدأ الفريق بطهي الخشب ومعالجته كيميائيًا. ثم ضغطوه، مما جعل وزن اللوح النموذجي أخف بأربع مرات. خلال هذه العملية، اكتشف هو أن التجربة دفعت ألياف السليلوز إلى التقارب، مما أدى إلى انهيار القنوات التي تُشكل نظام الدورة الدموية في الشجرة.

في البداية، بدت التجربة اكتشافًا رائعًا سيبقى في المعرض. تواصل كثيرون مع هو بشأن المشروع، لكنه أخبرهم أنه مجرد أستاذ جامعي وليس لديه أدنى فكرة عما سيفعله بالمشروع.

لكن بدلاً من الاستسلام، أمضى هو السنوات القليلة التالية في تحسين التكنولوجيا، مما أدى إلى تقليص وقت إنتاج المادة من أكثر من أسبوع إلى بضع ساعات فقط.

بعد الاهتمام الأولي، اعتبر معظم الناس سوبر وود أمرًا مُستغربًا. لكن أليكس لاو، الرئيس التنفيذي لشركة إنفنت وود، تواصل مع هو وساعده في تسويق الشركة تجاريًا عام ٢٠٢١.

وفي وقت لاحق، حصلت الشركة الناشئة على منحة قدرها 20 مليون دولار من وزارة الطاقة في عام 2022، وحصلت على 30 مليون دولار إضافية في التمويل من مستثمرين مختلفين.

إمكانات هائلة

تنتج الشركة الناشئة حاليًا أولى دفعاتها من الخشب الفائق، بدءًا من صيف هذا العام. يقول لاو إن أول مصنع تجاري من نوعه صغير الحجم. ستُستخدم المنتجات الأولية في بناء "الواجهة الخارجية" للمبنى، وهي الأجزاء غير الحاملة للأحمال التي لا تزال تتطلب مظهرًا جماليًا ومتانة.

عينة من خشب سوبر وود (خشب داكن) بجوار خشب عادي، تخضع لاختبار انحناء طويل الأمد لتحمل الوزن. الصورة: وول ستريت جورنال.

على المدى البعيد، يتطلعون إلى استبدال أساس المبنى بالمواد التقليدية، والتوجه نحو استخدام الخشب الصلب فائق الجودة. وصرح السيد لاو قائلاً: "تسعون بالمائة من انبعاثات الكربون من المباني تأتي من الخرسانة والفولاذ أثناء البناء".

لبناء المصنع، جمعت شركة InventWood مبلغ 15 مليون دولار أمريكي في جولتها التمويلية الأولى من الفئة أ. قاد الجولة صندوق Grantham Fund، بمشاركة Baruch Future Ventures وBuilders VC وMuus Climate Partners، وهي ثلاثة صناديق استثمارية بارزة تستثمر في التكنولوجيا المستدامة، والمناخ، وابتكار المواد.

يبدأ سوبر وود بالخشب العادي، الذي يتكون أساسًا من مركبين: السليلوز والليغنين. في الواقع، يُعد السليلوز النانوي أقوى من ألياف الكربون. لذا، فإن الهدف الرئيسي هو تعزيز قوة هذه المادة الأساسية في الخشب.

وتستخدم الشركة المواد الكيميائية المستخدمة في صناعة الأغذية لتعديل البنية الجزيئية للخشب، ثم تقوم بضغط المادة لزيادة عدد الروابط الهيدروجينية بين جزيئات السليلوز.

مع قدرته على ضغط المادة أربع مرات، قد يظن الكثيرون أن الخشب الفائق أقوى بنفس المقدار. يوضح لاو: "لكنه في الواقع أقوى بعشر مرات تقريبًا بفضل الروابط الإضافية التي تتكون خلال هذه العملية".

عند وضعه بين خشب تقليدي ذي لون أفتح، يُمكن لخشب سوبر وود أن يُعزز قدرة تحمله كبديل لعوارض الفولاذ في بناء المنازل. الصورة: وول ستريت جورنال.

والنتيجة هي مادة ذات قوة كسر أعلى بنسبة 50% من الفولاذ، ونسبة قوة إلى وزن أفضل بعشر مرات، وفقًا للشركة. كما أنها تلبي معايير الحرائق من الفئة "أ"، ما يعني أنها شديدة المقاومة للحريق ومقاومة للتعفن وتلف الحشرات.

في الواقع، لا يزال دمج الخشب الفائق في العناصر الهيكلية للمباني يتطلب اعتمادًا من شركاء الشركة، بمن فيهم البناؤون والمهندسون المعماريون. إضافةً إلى ذلك، يتطلب الخشب الفائق أيضًا عمليات بناء جديدة، نظرًا لمتانته التي تُغني عن الوصلات الفولاذية التقليدية في الهياكل الخشبية الهندسية.

وفقًا لصحيفة وول ستريت جورنال، قد تمتد تطبيقات هذه المادة إلى ما هو أبعد من البناء. فالخشب الفائق يشبه ألياف الكربون، ولكنه أقل هشاشة. ويُستخدم بالفعل في كل شيء، من المعدات الرياضية وأحذية التنس إلى سيارات السباق والطائرات.

المصدر: https://znews.vn/sieu-vat-lieu-chong-dan-chong-chay-va-ben-hon-ca-thep-post1565040.html