Lemn întărit cu fier, asemănător oțelului, creat de cercetători pentru construcții mai rezistente și mai ecologice

Lemn întărit cu fier, asemănător oțelului, creat de cercetători pentru construcții mai rezistente și mai ecologice. Un material prietenos cu mediul, cu potențialul de a înlocui oțelul și betonul în construcții, poduri, mobilier și pardoseli, prinde contur datorită cercetătorilor care transformă resurse naturale precum lemnul în soluții sustenabile.

Ideea de bază constă în modificarea chimică a lignocelulozei pentru a-i îmbunătăți caracteristicile naturale, în funcție de aplicație. Lignoceluloza se regăsește în lemn și în multe alte plante.

Cu un volum impresionant de 181,5 miliarde de tone de lemn produse anual, această resursă regenerabilă este una dintre cele mai abundente, dar insuficient valorificată.

Cercetători de la Florida Atlantic University, împreună cu Universitatea din Miami și Laboratorul Național Oak Ridge, au pornit de la această idee pentru a crea un material „performant și ecologic”.

„Analizând lemnul la diferite niveluri – de la structurile microscopice din pereții celulari până la întregul buștean – am înțeles mai bine cum putem îmbunătăți chimic materialele naturale pentru utilizarea lor în practică,” a explicat Vivian Merk, autoarea principală a studiului.

Lemnul întărit cu fier, asemănător oțelului

Echipa a pornit de la o întrebare interesantă: poate lemnul deveni mai rezistent prin adăugarea unor minerale extrem de dure, la scară nano, fără a-i crește semnificativ greutatea, costul sau impactul asupra mediului?

Cercetătorii au analizat mai multe specii de lemn de esență tare cu pori în inele, precum stejar, arțar, cireș și nuc. Au ales stejarul roșu și au aplicat un proces chimic simplu, dar ingenios.

Au obținut ferrihidrit – un mineral natural pe bază de oxid de fier – combinând azotat de fier (ferric nitrate) cu hidroxid de potasiu. Scopul a fost introducerea acestui mineral direct în pereții celulari ai lemnului.

Mai durabil, fără a pierde flexibilitatea

Această metodă sigură și rentabilă, bazată pe oxihidroxid de fier nanocristalin, a reușit să întărească pereții celulari minusculi din lemn, fără a-i adăuga o greutate semnificativă.

Chiar dacă structura internă a lemnului a devenit mai durabilă, comportamentul general al acestuia în cazul îndoirii sau ruperii nu s-a modificat considerabil.

Materialul rezultat, lemn întărit cu fier, are potențialul de a înlocui oțelul și betonul în structuri precum clădiri, poduri, mobilier sau pardoseli.

„Lemnul, ca multe alte materiale naturale, are o structură complexă, cu straturi și caracteristici la diferite scări. Pentru a înțelege cum suportă sarcina și cum cedează în timp, este esențial să-l analizăm la toate aceste niveluri,” a precizat Vivian Merk, profesor asistent.

Pentru a examina structura lemnului la un nivel extrem de fin, echipa a folosit microscopie de forță atomică, care le-a permis să observe elasticitatea și rigiditatea. Au utilizat și tehnica AM-FM pentru a vedea în detaliu cum a modificat tratamentul mineral pereții celulari.

Numeroase teste au fost efectuate

Pentru imaginea de ansamblu, au fost efectuate teste mecanice standard pe mostre de lemn tratate și netratate.

„Întărind lemnul natural prin metode ecologice și eficiente, cercetătorii noștri pun bazele unei noi generații de materiale bio care ar putea înlocui materialele clasice precum oțelul și betonul în construcțiile viitorului,” a declarat Stella Batalama, decan al Colegiului de Inginerie și Informatică.

Utilizarea la scară largă a acestui material ar putea reduce emisiile de carbon, deșeurile și ar contribui la o industrie a construcțiilor mai sustenabilă.

Rezultatele studiului au fost publicate în jurnalul ACS Applied Materials and Interfaces.

Citește și: O frunză artificială care folosește lumina solară pentru a produce substanțe chimice valoroase este creată de oamenii de știință