Çelikten Daha Güçlü, Hızlı Bir Kurşunu Durdurabilir – Süper Tahta!

Fotoğraf : Odunun “yoğunlaştırılması” gibi yeni teknikler, her yerde bulunan maddeyi binalarda ve gövde zırhında kullanılan süper bir malzemeye dönüştürebilir.

Basit işlemler tahtayı sağlam, darbelere karşı dayanıklı veya hatta şeffaf yapabilir.

Meşe ve akçaağaç gibi bazı ahşap çeşitleri, dayanıklılıkları ile ünlüdür. Ancak bilim insanları, basit ve ucuz yeni bir prosesin her tür tahtayı, çelikten ve hatta bazı yüksek teknoloji ürünü titanyum alaşımlarından daha güçlü bir malzemeye dönüştürebileceğini söylüyor.

Tahta bol ve nispeten düşük maliyetlidir-ağaçlar üzerinde büyür. Her ne kadar binlerce yıldır mobilya, ev ve daha büyük yapılar için her şeyi inşa etmek için kullanılmış olsa da, işlenmemiş ahşap inşaatta kullanılan metaller kadar nadiren güçlüdür. College Park’daki Maryland Üniversitesi’nden bir materyal bilimci Liangbing Hu, araştırmacıların, gücünü özellikle sıkıştırarak ve yoğunlaştırarak güçlendirmeye çalıştıklarını söylüyor. Yoğunlaştırılmış ahşap özellikle nemli koşullarda zayıflar ve orijinal boyutlarına ve şekline geri dönme eğilimi gösterir.

Şimdilerde, Hu ve meslektaşları, 7 Şubat Nature’da bildirdikleri raporda, tahtada yoğunlaşmanın daha iyi bir yolunu bulduklarını söylediler. Basit, iki adımlı işlemi, kağıt yapmak için kullanılan odun hamurunun oluşturulmasıyla ilk adıma benzer kimyasal bir işlem olan sodyum hidroksit (NaOH) ve sodyum sülfit (Na2SO3) çözeltisi içinde tahtanın kaynamasıyla ile başlar. Hu, bu odun özü ve hemiselülozun (bir bitkinin hücre duvarlarını sertleştirmeye yardımcı olan doğal polimerler) kısmen kaldırdığını, ancak ağaçtaki selülozun (doğal bir polimer) bozulmadığını söylüyor.

İkinci adım neredeyse ilk önce olduğu gibi basittir: İşlem görmüş ahşabın hücre duvarları çökene kadar sıkıştırılması, daha sonra yavaşça ısıtıldığında bu sıkıştırmanın muhafaza edilmesidir. Basınç ve ısı, çok sayıda hidrojen atomu ile bitişik selüloz nanofiberlerindeki komşu atomlar arasındaki kimyasal bağların oluşumunu teşvik eder ve materyali büyük ölçüde güçlendirir.

Sonuçlar etkileyicidir. Ekibin sıkıştırılmış odunu, muamele edilmemiş madde kadar üç kat daha fazla yoğun , soyulduğuna olan direncinin 10 kattan fazla arttığını da ekliyor. Aynı zamanda sıkıştırmaya yaklaşık 50 kat daha dayanıklı ve neredeyse 20 kat daha sert olur. Yoğunlaştırılmış odun da esas olarak sert, çizilmeye karşı ve darbelere dayanıklıdır. Neredeyse her şekle dönüştürülebilir. Belli ki en önemlisi, yoğunlaştırılmış odun da neme dayanıklı:  Laboratuvar testlerinde ve sonraki deneylerde, beş günden fazla neme maruz kalmış sıkıştırılmış numunelerin % 10’dan daha fazla şiştiği görüldü.  Hu, basit bir boya katının bu şişmeyi ortadan kaldırdığını söylüyor.

Beş katmanlı, kontrplak tabakalı benzeri yoğunlaştırılmış odun , malzemeye ateşlenen mermileri durdurdu; Hu ve çalışma arkadaşları, düşük maliyetli zırhlara öncülük yapabileceğini belirtti. Malzeme aynı kalınlığa sahip bir Kevlar tabakasının yanı sıra oldukça fazla koruma sağlamıyor, ancak bunun sadece yüzde 5 kadar maliyeti olduğunu belirtti.

Ekibin sonuçları “hafif malzemelerden oluşan yeni bir sınıfın kapısını açacak gibi görünüyor” diyor, San Diego, California Üniversitesi’nden bir materyal kimyageri olan ve Nature araştırmasından bağımsız olan Ping Liu. Liu, araç üreticileri düzgün çelikten yüksek mukavemetli çelik, alüminyum alaşımları veya karbon-fiber kompozitlere geçerek ağırlık kazanmaya çalıştılar. ancak bu malzemeler maliyetli ve tüketiciler ” nadiren yakıt tasarrufu yapıyor” diyor Liu. Ve yoğunlaşmış ahşabın karbon-fiber kompozitler üzerine bir dayanağı daha var: Ayrıca, bileşenlerin imkansız olmasa da geri dönüşümünü zorlaştıracak pahalı yapışkanlara ihtiyaç duymuyor.

Yüksek yoğunluklu ahşap, doğal ahşabın çok zayıf olduğu yerlede  yeni tasarım olanakları ve kullanım imkânı sağlıyor, araştırmaya katılmayan Almanya’daki Max Planck Kolloid ve Ara Yüzeyler Enstitüsü ‘ndeki malzeme bilim adamı Peter Fratzl “diyor. “Eldeki materyal için bir tasarım yaratmak yerine, araştırmacılar istedikleri tasarıma uyacak bir materyal yaratabilirler” diyor ve hiç olmadığı kadar güçlü alaşımlar geliştirmekle uzun zamandır ilgilenen havacılık mühendisleri arasında aşina olduklarını belirtiyor.

Liu, yoğunlaşmış odunun yaygın şekilde kullanılmasındaki olası bir engelin, mühendislerin kapasitelerini büyütme ve hızlandırma yeteneği olacak. Hu ve ekibi, her kahve masasında, kitap boyutunda, yoğunlaştırılmış odun levhasını test etmek için birkaç saat harcadı. Ancak Hu, bu süreci hızlandıramadığı veya daha büyük bileşenleri üretmek için kullandığı pratik bir neden oladığını iddia ediyor.

Hu ve ekibi ahşabın gücünü artırmaya çalışsa da, diğer araştırmacılar şeffaf hale getirmek gibi daha sıradışı amaçlar izlemişlerdir. Stokholm’teki KTH Royal Institute of Technology’de materyal bilimcisi Lars Berglund’un öncülüğünde bir ekip ahşap cam pencere yapmak için bir yol bulmuştur. Bu işlemin ilk adımı (Hu’nun olduğu gibi), sadece ahşabı sertleştirmeyen, aynı zamanda kahverengimsi rengini yaratan bir madde olan odun özünü çıkarmaktır. Araştırmacılar, bu öz olamayan ahşabı, Plexiglas ve Lucite gibi ticari isimlerle daha iyi bilinen bir materyal olan metil metakrilat (MMA) ile dolduruyor.

MMA’nın kırılma indeksi (ışığı ne kadar büktüğünün bir ölçüsü), özsüz odununkiyle eşleştiği için, ışık ışınları boş hücrelerin etrafında sıçramak yerine doğrudan MMA ile infüze edilen kompozit üzerinden geçer. Bu, malzemeyi son derece açık bir hale getirir. Berglund ve ekibi iki yıl önce Biyoakromoleküllerde başarılarını anlattı. Tesadüf eseri, Hu ve arkadaşları aynı zamanda odunu şeffaf hale getirmek için bir yöntem geliştiriyorlardı.

Hu’nun ve Berglund’un yaptığı araştırma, yalnızca malzeme bilimlerinin geleceği için vahşi umutları neticelendirir. Bir süre sonra dünyanın en bol ve çok yönlü yapı malzemelerinden, zeminden kirişlere, duvarlardan pencerelere kadar neredeyse tamamen yapılmış bir evde yaşamak mümkündür. Garajda şasi ve tamponlar ahşap üzerine çelikten ve plastikten vurularak sıkılaştırılmış ahşaptan oluşabilen bir otomobil olabilir.

Dünya ve gezegen bilimleri, malzeme bilimi ve paleontoloji hakkında en çok yazı  yazan Sid Perkins,  Crossville,Tenn.

Kaynak : scientificamerican.com