Naturholz a Metall si scho säit Dausende vu Joren essentiell Baumaterialien fir d'Mënschen. Déi synthetesch Polymeren, déi mir Plastik nennen, sinn eng rezent Erfindung, déi am 20. Joerhonnert explodéiert ass.
Souwuel Metaller wéi och Plastik hunn Eegeschaften, déi gutt fir industriell a kommerziell Notzung gëeegent sinn. Metaller si staark, steif a generell resistent géint Loft, Waasser, Hëtzt a konstante Belaaschtung. Wéi och ëmmer, si brauchen och méi Ressourcen (wat méi deier bedeit) fir hir Produkter ze produzéieren an ze raffinéieren. Plastik erfëllt e puer vun de Funktiounen vum Metall, während et manner Mass brauch a ganz bëlleg ze produzéieren ass. Hir Eegeschafte kënne fir bal all Notzung personaliséiert ginn. Wéi och ëmmer, bëlleg kommerziell Plastik maachen schrecklech Strukturmaterialien: Plastikapparater sinn net gutt, a keen wëll an engem Plastikhaus wunnen. Zousätzlech gi se dacks aus fossile Brennstoffer raffinéiert.
A verschiddenen Uwendungen kann Naturholz mat Metaller a Plastik konkurréieren. Déi meescht Eefamilljenhaiser sinn op Holzrahmen gebaut. De Problem ass, datt Naturholz ze mëll ass a meeschtens ze liicht duerch Waasser beschiedegt gëtt, fir Plastik a Metall ze ersetzen. Eng rezent Publikatioun an der Zäitschrëft Matter ënnersicht d'Schafung vun engem gehärtete Holzmaterial, dat dës Aschränkungen iwwerwënnt. Dës Fuerschung huet zu der Schafung vun Holzmesser an Neel gefouert. Wéi gutt ass dat Holzmesser a wäert Dir et an nächster Zukunft benotzen?
Déi fasereg Struktur vum Holz besteet zu ongeféier 50% aus Cellulose, engem natierleche Polymer mat theoretesch gudde Festigkeitseigenschaften. Déi reschtlech Hallschent vun der Holzstruktur besteet haaptsächlech aus Lignin an Hemicellulose. Wärend Cellulose laang, zäh Faseren bildt, déi dem Holz d'Réckgrat vu senger natierlecher Stäerkt ginn, huet Hemicellulose wéineg kohärent Struktur a dréit dofir näischt zur Stäerkt vum Holz bäi. Lignin fëllt d'Lücken tëscht de Cellulosefaseren a erfëllt nëtzlech Aufgaben fir liewegt Holz. Awer fir den Zweck vum Mënsch, Holz ze kompaktéieren an seng Cellulosefaseren méi enk zesummenzebannen, gouf Lignin zu engem Hindernis.
An dëser Studie gouf Naturholz a véier Schrëtt zu gehärtetem Holz (HW) veraarbecht. Als éischt gëtt d'Holz a Natriumhydroxid an Natriumsulfat gekacht, fir e puer vun der Hemicellulose a Lignin ze entfernen. No dëser chemescher Behandlung gëtt d'Holz méi dicht, andeems et e puer Stonnen bei Raumtemperatur an enger Press gepresst gëtt. Dëst reduzéiert déi natierlech Lächer oder Poren am Holz a verbessert déi chemesch Bindung tëscht den ugrenzenden Cellulosefaseren. Duerno gëtt d'Holz nach e puer Stonnen bei 105° C (221° F) ënner Drock gesat, fir d'Verdichtung ofzeschléissen, an dann gedréchent. Schlussendlech gëtt d'Holz 48 Stonnen a Mineralueleg getippt, fir dat fäerdegt Produkt waasserdicht ze maachen.
Eng mechanesch Eegeschaft vun engem Strukturmaterial ass d'Indentatiounshärcht, wat e Mooss fir seng Fäegkeet ass, Deformatiounen ze widderstoen, wann e mat Kraaft gedréckt gëtt. Diamant ass méi haart wéi Stol, méi haart wéi Gold, méi haart wéi Holz a méi haart wéi Packschaum. Ënnert de ville Ingenieurstester, déi benotzt gi fir d'Härcht ze bestëmmen, wéi d'Mohs-Härcht, déi an der Gemologie benotzt gëtt, ass de Brinell-Test ee vun hinnen. Säi Konzept ass einfach: e Kugellager aus haartem Metall gëtt mat enger bestëmmter Kraaft an d'Testfläch gedréckt. Mooss den Duerchmiesser vun der kreesfërmeger Indentatioun, déi vun der Kugel erstallt gëtt. De Brinell-Härchtwäert gëtt mat enger mathematescher Formel berechent; ongeféier gesot, wat méi grouss d'Lach ass, dat d'Kugel trëfft, wat méi mëll d'Material ass. An dësem Test ass HW 23 Mol méi haart wéi Naturholz.
Déi meescht onbehandelt Naturholz absorbéiert Waasser. Dëst kann d'Holz ausdehnen an eventuell seng strukturell Eegeschafte zerstéieren. D'Auteuren hunn eng zwee Deeg laang Mineralwässerung benotzt fir d'Waasserresistenz vum Holz ze erhéijen, wouduerch et méi hydrophob ("Angscht virum Waasser") gëtt. Den Hydrophobizitéitstest besteet doran, en Drëps Waasser op eng Uewerfläch ze leeën. Wat méi hydrophob d'Uewerfläch ass, wat méi kugelfërmeg ginn d'Waasserdrëpsen. Eng hydrophil ("waasserléif") Uewerfläch dogéint verdeelt d'Drëpsen flaach (an absorbéiert duerno Waasser méi einfach). Dofir erhéicht d'Mineralwässerung net nëmmen d'Hydrophobizitéit vum Holz däitlech, mee verhënnert och, datt d'Holz Fiichtegkeet absorbéiert.
An e puer Ingenieurstester hunn HW-Messer liicht besser Resultater erzielt wéi Metallmesser. D'Auteuren behaapten, datt den HW-Messer ongeféier dräimol sou schaarf ass wéi e kommerziell verfügbart Messer. Wéi och ëmmer, et gëtt eng Aschränkung bei dësem interessante Resultat. D'Fuerscher vergläichen Dëschmesser, oder wat mir Bottermesser nennen kéinten. Dës sinn net geduecht fir besonnesch schaarf ze sinn. D'Auteuren weisen e Video vun hirem Messer beim Schneiden vun engem Steak, awer en zimmlech staarken Erwuessene kéint wahrscheinlech datselwecht Steak mat der stumpfer Säit vun enger Metallgabel schneiden, an e Steakmesser géif vill besser funktionéieren.
A wat mat den Neel? Een eenzegen HW-Neel kann anscheinend einfach an e Stapel vun dräi Brieder geschloe ginn, obwuel net sou detailléiert wéi relativ einfach am Verglach mat Eisenneel. Holzpeggen kënnen dann d'Brieder zesummenhalen a sech der Kraaft widdersetzen, déi se ausernee géif räissen, mat ongeféier der selwechter Zähheet wéi Eisenpeggen. An hiren Tester sinn d'Brieder awer a béide Fäll versot, ier ee vun den Neel versot ass, sou datt déi méi staark Neel net fräigeluecht goufen.
Sinn HW-Nägel a soss Hisiichten besser? Holzstäbchen si méi liicht, awer d'Gewiicht vun der Struktur gëtt net haaptsächlech vun der Mass vun de Stäbchen ugedriwwen, déi se zesummenhalen. Holzstäbchen rosten net. Si sinn awer net waasserdicht oder biologesch zersetzend.
Et gëtt keen Zweiwel datt den Auteur e Prozess entwéckelt huet fir Holz méi staark wéi Naturholz ze maachen. Wéi och ëmmer, d'Nëtzlechkeet vun Hardware fir all spezifesch Aarbecht erfuerdert weider Studien. Kann et sou bëlleg a ressourcenlos sinn wéi Plastik? Kann et mat méi staarken, méi attraktiven, onendlech wiederverwendbaren Metallobjeten konkurréiere? Hir Fuerschung werft interessant Froen op. Déi lafend Ingenieurskonscht (an letztendlich de Maart) wäert se beäntwerten.
Zäitpunkt vun der Verëffentlechung: 13. Abrëll 2022
