Самые острые ножи, как известно, сделаны из стали или керамики. Оба этих материала изготавливаются в плавильных печах при экстремально высоких температурах, а значит, их производство требует непомерных энергозатрат. В итоге это приводит к увеличению выбросов углекислого газа в атмосферу, которые являются главной причиной антропогенного изменения климата.
Теперь исследователи разработали потенциально более экологичный способ изготовления острых ножей: для этого они используют закалённую древесину. Этот метод делает дерево в 23 раза тверже, а нож, сделанный из этого материала, почти в три раза острее, чем обычный столовый нож из нержавеющей стали.
Нож из укреплённой древесины можно мыть и использовать повторно, что делает его отличной альтернативой стальным, керамическим и уж тем более одноразовым пластиковым ножам. Такой нож гораздо легче металлического, и его будет гораздо удобнее брать с собой в поездки и на пикники.
Также создатели нового материала продемонстрировали, что из него можно производить деревянные гвозди, такие же острые, как и стальные. Кстати, в отличие от стальных гвоздей, деревянные гвозди устойчивы к коррозии.
Исследователи показали, что с помощью этих деревянных гвоздей можно сколотить три доски, не повредив гвоздь. Исследователи надеются, что в будущем, помимо ножей и гвоздей, из этого материала можно будет делать паркетные полы, более устойчивые к царапинам и износу.
При подготовке древесины для изготовления мебели или строительных материалов, она обрабатывается только паром и прессованием, и такой материал несколько меняет форму после изготовления продукта.
"Целлюлоза, основной компонент древесины, имеет более высокое соотношение прочности и плотности, чем большинство искусственно созданных материалов, таких как керамика, металлы и полимеры, но при нынешнем использовании древесины она едва ли полностью раскрывает свой потенциал", – говорит ведущий автор работы Тэн Ли (Teng Li) из Университета Мэриленда.
Несмотря на то, что древесину часто используют в строительстве, её прочность уступает прочности чистой целлюлозы. Это связано с тем, что древесина только на 40-50% состоит из целлюлозы, а остальная её часть состоит из гемицеллюлозы и лигнина, которые действуют как связующие агенты.
Ли и его коллеги приняли решение обработать древесину таким образом, чтобы удалить более мягкие компоненты, не разрушая при этом её целлюлозный каркас.
"Этот процесс происходит в два этапа, – объясняет Ли. – На первом этапе мы частично "делигнифицируем" древесину. Обычно древесина очень жёсткая, но после удаления лигнина она становится мягкой, гибкой и несколько хрупкой. На втором этапе мы применяем горячий пресс, прикладывая давление и тепло к химически обработанной древесине, чтобы уплотнить её и удалить из неё воду".
После обработки и придания желаемой формы материалу, его покрывают минеральным маслом, чтобы продлить срок его службы. Целлюлоза имеет свойство впитывать воду, поэтому такое покрытие сохраняет остроту ножа во время использования, а также после мытья в раковине или посудомоечной машине.
Используя метод микроскопии высокого разрешения, учёные исследовали микроструктуру укреплённой древесины, чтобы определить причину ее прочности.
Прочность материала во многом зависит от размера и плотности его дефектов, таких как пустоты, каналы или углубления, говорят исследователи. Использованный ими двухэтапный процесс обработки натуральной древесины значительно уменьшает или полностью устраняет такие дефекты. Удаление каналов, по которым живое дерево получает воду и питательные вещества, делает закалённую древесину гораздо крепче обычной.
Этот метод укрепления древесины может быть более энергоэффективным и производить меньшее воздействие на окружающую среду, чем другие способы производства искусственных материалов. Однако, чтобы заявлять об этом с полной уверенностью, учёные должны провести более глубокий анализ.
Первый шаг обработки требует кипячения древесины при 100 °C в ванне с химикатами, которые потенциально могут быть использованы повторно. Для сравнения, процесс изготовления керамики требует нагрева материалов до нескольких тысяч градусов Цельсия.
"На нашей кухне есть много деревянных предметов, которые мы используем очень долго, например, разделочная доска, палочки для еды или скалка, – отметил Ли. – Эти ножи тоже можно использовать много раз, если обрабатывать их поверхность, точить их и производить регулярный уход за ними".
Работа американских исследователей была опубликована в научном журнале Matter.
Ранее мы рассказывали о создании экологически чистой прозрачной древесины, которой можно заменить стекло, а также об идее делать искусственные спутники Земли из дерева. Кроме того, мы писали о новом теплоизолирующем материале, получившем название "нанодревесина".
Больше новостей из мира новых технологий вы найдёте в разделе "Наука" на медиаплатформе "Смотрим".
