Super materiał kuloodporny, ognioodporny i mocniejszy od stali

Z miękkiego drewna poddanego modyfikacji na poziomie molekularnym powstał materiał mocniejszy od stali, ale sześć razy lżejszy, a przy tym kuloodporny i ognioodporny.

W ogromnym magazynie startupu o nazwie InventWood wkrótce rozpocznie się masowa produkcja nowego materiału: drewno iglaste przekształcone na poziomie molekularnym w materiał mocniejszy od stali, ale sześć razy lżejszy.

Superwood – tak nazywa się ten wyjątkowy materiał, który ma zastąpić stalowe belki w szkielecie budynku, a ponadto jest na tyle odporny na uderzenia, że ​​można z niego wytwarzać kuloodporne drzwi.

Ponadto materiał jest ognioodporny. Zewnętrzna warstwa Superwood zwęgla się, chroniąc wnętrze przed zapadnięciem się w ogniu, jak stal.

Drewno modyfikowane

Liangbing Hu może być uważany za „wynalazcę” drewna konstrukcyjnego. Zanim zaczął wykładać na Uniwersytecie Yale, Hu był dyrektorem Centrum Innowacji Materiałowych na Uniwersytecie Maryland.

Tam wynalazł wiele gatunków drewna, które charakteryzowały się przezroczystością, plastycznością jak plastik i sprężystością jak gumowa piłka. Wszystkie wynalazki Hu opierały się na manipulacji drewnem na poziomie molekularnym.

Ten rodzaj drewna ma zwartą strukturę i jest tak samo trwały jak stal. Zdjęcie: InventWood.

W 2018 roku Hu i jego współpracownicy ponownie wzbudzili sensację w świecie nauki o materiałach, gdy w artykule opublikowanym w czasopiśmie Nature zaprezentowali technologię pozwalającą na stworzenie Superwood.

Aby stworzyć ten materiał, zespół rozpoczął od gotowania i chemicznej obróbki drewna. Następnie je sprasował, dzięki czemu typowa deska stała się nawet czterokrotnie lżejsza. W trakcie tego procesu Hu odkrył, że eksperyment doprowadził do zbliżenia włókien celulozy i zamknięcia kanałów tworzących układ krwionośny drzewa.

Początkowo eksperyment wydawał się niezwykłym odkryciem, które ostatecznie pozostanie w galerii. Wiele osób kontaktowało się z Hu w sprawie tego przedsięwzięcia, ale on odpowiadał, że jest tylko profesorem uniwersyteckim i nie ma pojęcia, co zrobić z projektem.

Jednak zamiast się poddać, Hu poświęcił kolejne lata na udoskonalenie technologii, co pozwoliło mu skrócić czas produkcji materiału z ponad tygodnia do zaledwie kilku godzin.

Po początkowym zainteresowaniu, ku zaskoczeniu wszystkich, Superwood uznano za niecodzienne zjawisko. Jednak Alex Lau, prezes InventWood, skontaktował się z Hu i pomógł w komercjalizacji firmy w 2021 roku.

W 2022 roku startup otrzymał dotację w wysokości 20 milionów dolarów od Departamentu Energii oraz dodatkowe 30 milionów dolarów finansowania od różnych inwestorów.

Ogromny potencjał

Startup produkuje obecnie swoje pierwsze partie Superwood, rozpoczynając produkcję tego lata. Lau mówi, że pierwszy komercyjny zakład tego typu jest niewielki. Pierwsze produkty zostaną wykorzystane do budowy „skóry” budynku, czyli części nienośnych, które nadal wymagają estetyki i trwałości.

Próbka drewna Superwood (ciemniejszego) umieszczona obok zwykłego drewna, poddana długotrwałemu testowi zginania pod obciążeniem. Zdjęcie: Wall Street Journal.

W dłuższej perspektywie chcą przejść od tradycyjnych materiałów do supertwardego drewna jako podstawy konstrukcji budynku. „90% emisji dwutlenku węgla z budynków pochodzi z betonu i stali w trakcie budowy” – powiedział pan Lau.

Aby zbudować tę fabrykę, InventWood pozyskał 15 milionów dolarów w pierwszej rundzie finansowania serii A. Procesem kierował Grantham Fund, przy udziale Baruch Future Ventures, Builders VC i Muus Climate Partners – trzech czołowych funduszy inwestujących w zrównoważoną technologię, klimat i innowacje materiałowe.

Superwood powstaje ze zwykłego drewna, które składa się głównie z dwóch związków: celulozy i ligniny. W rzeczywistości nanokrystaliczna celuloza jest mocniejsza niż włókno węglowe, dlatego celem jest zwiększenie wytrzymałości tej naturalnej substancji drzewnej.

Firma wykorzystuje substancje chemiczne używane w przemyśle spożywczym do modyfikacji struktury molekularnej drewna, a następnie ściska materiał w celu zwiększenia liczby wiązań wodorowych pomiędzy cząsteczkami celulozy.

Mając zdolność do czterokrotnego ściskania materiału, wiele osób pomyślałoby, że Superwood jest o tyle samo mocniejszy. „Ale w rzeczywistości jest około 10 razy mocniejszy dzięki dodatkowym wiązaniom tworzonym w tym procesie” – wyjaśnia Lau.

W połączeniu z jaśniejszym, konwencjonalnym drewnem, Superwood może wzmocnić alternatywy nośne dla stalowych belek w konstrukcji szkieletowej domu. Zdjęcie: Wall Street Journal.

W rezultacie powstał materiał o wytrzymałości na zerwanie o 50 procent wyższej niż stal i 10-krotnie lepszym stosunku wytrzymałości do masy, jak twierdzi firma. Spełnia on również normy ognioodporności klasy A, co oznacza, że ​​trudno się zapala i jest odporny na gnicie i owady.

W rzeczywistości, decyzja o włączeniu Superwood do elementów konstrukcyjnych budynków nadal wymaga certyfikacji od partnerów firmy, w tym wykonawców i architektów. Ponadto, Superwood wymaga również nowych procesów konstrukcyjnych, ponieważ materiał jest wystarczająco wytrzymały, aby wyeliminować stalowe połączenia typowe dla konstrukcji z drewna inżynieryjnego.

Według „Wall Street Journal” zastosowanie tego materiału może wykraczać poza budownictwo. Superwood jest jak włókno węglowe, ale mniej kruche. Jest już wykorzystywane w wielu dziedzinach, od sprzętu sportowego i butów tenisowych po samochody wyścigowe i samoloty.

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