Работа, опубликованная в журнале ACS Applied Materials and Interfaces, была выполнена учеными из Колледжа инженерии и вычислительной техники Атлантического университета Флориды при участии специалистов из университета Майами и Национальной лаборатории Ок-Ридж (США). Они предложили недорогой и экологичный способ усиления древесины на клеточном уровне — без увеличения массы и потери гибкости.
В основе метода — использование ферригидрита, природного оксида железа, который часто встречается в почве и воде. Ученые выбрали красный дуб, распространенный в Северной Америке, и пропитали его этим минералом. В результате получилось древесное волокно с усиленными клеточными стенками, при этом дерево сохранило свою природную легкость и гибкость.
Дерево, как и многие природные материалы, имеет сложную структуру, которая работает на разных уровнях. Чтобы понять, как оно выдерживает нагрузки и когда ломается, нужно рассматривать его от микроскопических деталей до целого массива
Для подтверждения гипотезы ученые провели серию механических тестов, в том числе с помощью атомно-силовой микроскопии, АМ-ФМ метода (амплитудной и фазовой модуляции) и микротомографии. Они изучили, как поведение дерева меняется после обработки: от эластичности и жесткости до реакции на давление и изгиб.
Интересно, что прочность клеточных стенок увеличилась, но макроскопическая прочность древесины осталась почти неизменной. Это связано с тем, что при обработке слегка ослабились связи между самими клетками — важный фактор для целостности массива. Тем не менее даже с этим ограничением исследователи считают, что такая модификация открывает путь к экологичным заменителям бетона и стали.
Мы сделали важный шаг к созданию биоматериалов нового поколения — прочных, легких и безопасных для природы. Это исследование не только про инженерию. Оно помогает всему миру продвигаться в сторону снижения выбросов, уменьшения отходов и устойчивых природных решений
Создание более прочных и при этом легких материалов становится приоритетом не только в научных лабораториях, но и в масштабных инфраструктурных проектах. Например, в России недавно обсуждались перспективы применения новых технологий в строительстве Байкало-Амурской магистрали.
