پژوهشگران دانشگاه آتلانتیک فلوریدا با یک روش نوآورانه برای ساخت‌وساز پایدار، چوب بلوط را با مواد معدنی آهن‌دار تقویت و نمونه‌ای از چوب با استحکام آهن تولید کردند.
به گزارش تکناک، بر اساس یافته‌های این تیم تحقیقاتی که در مجله ACS Applied Materials & Interfaces منتشر شده است، چوب بلوط پس از تزریق فری‌هیدرات – یکی از مواد معدنی رایج در خاک – در سطح سلولی تا ۲۶۰ درصد افزایش سفتی و ۱۲۷ درصد افزایش سختی را نشان داد. با وجود این، آزمایش نمونه‌های بزرگ‌تر نشان داد که بهبود قابل توجهی در استحکام کلی چوب حاصل نشده است.
فهرست مطالب
جزئیات فرایند ساخت چوب با استحکام آهن
برخلاف روش‌های رایج که صرفاً سطح چوب را با مواد شیمیایی پوشش می‌دهند، این رویکرد جدید مواد معدنی را به صورت مستقیم درون ساختار سلولی چوب وارد می‌کند. ابتدا چوب در محلول نیترات آهن غوطه‌ور شد و سپس با افزودن پتاسیم هیدروکسید، ذرات بسیار ریز فری‌هیدرات در دیواره‌های سلولی چوب تشکیل شد. این بخش‌ها که نقش اصلی را در استحکام ساختاری چوب ایفا می‌کنند، با نفوذ این مواد معدنی، به یک کامپوزیت طبیعی جدید تبدیل شدند.
پژوهشگران برای ارزیابی اثرات این فرایند از تجهیزات پیشرفته‌ای مانند: میکروسکوپ الکترونی روبشی و میکروسکوپ نیروی اتمی بهره گرفتند و توانستند تغییراتی در سطح نانومتری ثبت کنند.
چالش‌های پیش‌رو برای استفاده تجاری
با وجود موفقیت این روش در سطح سلولی، چوب تقویت‌شده در ابعاد بزرگ‌تر، نتوانست مقاومت مکانیکی بالایی از خود نشان دهد. کارشناسان دلیل این موضوع را در شرایط شیمیایی سخت طی فرایند تزریق، از جمله تماس طولانی با نیترات آهن اسیدی می‌دانند. این شرایط ممکن است چسبندگی طبیعی بین سلول‌ها را کاهش داده و برخی پلیمرهای چوب را تخریب کرده باشد. همچنین وجود نمک‌های باقی‌مانده احتمال افزایش رطوبت در بافت چوب را افزایش داده است؛ عاملی که به طور سنتی باعث کاهش مقاومت مکانیکی چوب می‌شود.
به گفته استلا باتالاما، رئیس دانشکده مهندسی و علوم کامپیوتر دانشگاه FAU، این نوآوری گامی بزرگ در مسیر توسعه مصالح ساختمانی زیست‌پایه و کاهش وابستگی به مواد پرکربن نظیر بتن و فولاد است.
او در این باره گفت: «این پژوهش نقطه عطفی در علوم مواد پایدار به حساب می‌آید و زمینه‌ساز تحول در طراحی و ساخت سازه‌هایی خواهد بود که هم‌راستا با اهداف زیست‌محیطی هستند.»
باتالاما تصریح کرد: «تقویت چوب طبیعی با استفاده از روش‌های کم‌هزینه و سازگار با محیط زیست، افق‌های تازه‌ای را در ساخت زیرساخت‌های آینده، از ساختمان‌های مسکونی گرفته تا سازه‌های بزرگ مقیاس، باز می‌کند.»
هرچند این فناوری ساخت چوب با استحکام آهن هنوز در مراحل ابتدایی توسعه قرار دارد و آماده بهره‌برداری تجاری نیست، اما امید آن می‌رود که در آینده‌ای نه‌چندان دور، مصالح ساختمانی از دل جنگل‌ها و منابع تجدیدپذیر – و نه معادن سنگ و فلز – تأمین شود، که راهی برای بازگشت به طبیعت، با بهره‌گیری از فناوری پیشرفته است.
