Суперматериал пуленепробиваемый, огнестойкий и прочнее стали

На огромном складе стартапа InventWood вскоре начнется массовое производство нового материала: древесина хвойных пород, преобразованная на молекулярном уровне в материал, который прочнее стали, но в шесть раз легче.

Супердревесина (так называется этот специальный материал) предположительно сможет заменить стальные балки в каркасе здания, а также она достаточно ударопрочная, чтобы изготавливать из нее пуленепробиваемые двери.

Кроме того, материал огнестойкий. Внешний слой Superwood обугливается, защищая внутреннюю часть, предотвращая её разрушение в огне, как это происходит со сталью.

Модифицированная древесина

Лянбин Ху можно считать «изобретателем» инженерной древесины. До преподавания в Йельском университете Ху был директором Центра инновационных материалов Мэрилендского университета.

Там он изобрёл множество различных пород древесины, обладающих такими свойствами, как прозрачность, пластичность, как у пластика, и упругость, как у резинового мяча. Все изобретения Ху были связаны с обработкой древесины на молекулярном уровне.

Эта порода древесины имеет плотную структуру и прочна, как сталь. Фото: InventWood.

В 2018 году Ху и его коллеги продолжили производить фурор в мире материаловедения , представив в статье в журнале Nature технологию создания супердерева.

Чтобы создать материал, команда сначала подвергла древесину термической обработке и химическим веществам. Затем они сжали её, сделав обычную доску до четырёх раз легче. В ходе эксперимента Ху обнаружил, что волокна целлюлозы сблизились, а каналы, составляющие кровеносную систему дерева, схлопнулись.

Поначалу эксперимент казался выдающимся открытием, которое в итоге останется в галерее. Многие обращались к Ху с предложениями о проекте, но он отвечал, что он всего лишь университетский профессор и понятия не имеет, что делать с этим проектом.

Но вместо того, чтобы сдаться, Ху посвятил следующие несколько лет совершенствованию технологии, сократив время, необходимое для производства материала, с более чем недели до всего лишь нескольких часов.

После первоначального внимания большинство, как ни странно, сочли Superwood чем-то необычным. Однако Алекс Лау, генеральный директор InventWood, связался с Ху и помог вывести компанию на коммерциализацию в 2021 году.

Позднее, в 2022 году, стартап получил грант в размере 20 миллионов долларов от Министерства энергетики, а также дополнительное финансирование в размере 30 миллионов долларов от различных инвесторов.

Огромный потенциал

Стартап уже начал производить первые партии супердревесины, начиная с этого лета. Лау говорит, что первый коммерческий завод такого рода небольшой. Первоначальная продукция будет использована для создания «кожи» здания — ненесущих элементов, которым, тем не менее, требуется эстетичный вид и долговечность.

Образец супервуда (более тёмной древесины) рядом с обычной древесиной, проходящий долговременное испытание на изгиб под действием веса. Фото: Wall Street Journal.

В долгосрочной перспективе они планируют перейти от традиционных материалов к супертвердой древесине в качестве основы здания. «90% выбросов углерода от зданий приходится на бетон и сталь, используемые в процессе строительства», — сказал г-н Лау.

Для строительства этого завода компания InventWood привлекла 15 миллионов долларов в первом раунде серии A. Инвестиции возглавил фонд Grantham Fund при участии Baruch Future Ventures, Builders VC и Muus Climate Partners — трёх известных фондов, инвестирующих в устойчивые технологии, климатические инновации и инновации в области материалов.

Супердревесина начинается с обычной древесины, которая в основном состоит из двух соединений: целлюлозы и лигнина. Нанокристаллическая целлюлоза, по сути, прочнее углеродного волокна, поэтому цель состоит в том, чтобы повысить прочность этого натурального древесного материала.

Компания использует химические вещества, применяемые в пищевой промышленности, для изменения молекулярной структуры древесины, а затем сжимает материал, чтобы увеличить количество водородных связей между молекулами целлюлозы.

Учитывая способность материала сжиматься в четыре раза, многие могут подумать, что супердревесина прочнее во столько же раз. «Но на самом деле она примерно в 10 раз прочнее благодаря дополнительным связям, создаваемым в ходе этого процесса», — объясняет Лау.

При размещении между обычной древесиной более светлого цвета супердревесина может усилить несущие конструкции, которые являются альтернативой стальным балкам в каркасных домах. Фото: Wall Street Journal.

В результате получается материал, прочность на разрыв которого на 50% выше, чем у стали, а соотношение прочности к весу в 10 раз лучше, заявляет компания. Он также соответствует стандартам пожарной безопасности класса А, то есть он трудновоспламеняемый, устойчив к гниению и насекомым.

Фактически, решение о включении Superwood в конструктивные элементы зданий по-прежнему требует сертификации со стороны партнёров компании, включая строителей и архитекторов. Кроме того, Superwood требует применения новых строительных процессов, поскольку материал достаточно прочен, чтобы исключить использование стальных соединений, характерных для конструкций из композитной древесины.

По данным WSJ, применение этого материала может выйти за рамки строительства. Супердревесина похожа на углеродное волокно, но менее хрупкая. Её уже используют во множестве изделий: от спортивного инвентаря и теннисной обуви до гоночных автомобилей и самолётов.

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