Nanotechnologia

Naukowcy uzyskali drewnianą gąbkę węglową

Naukowcy uzyskali drewnianą gąbkę węglową odporną na wielokrotne ściskanie i inne ekstremalne oddziaływania mechaniczne. Ich praca została opisana w czasopiśmie Chem (The Journal of Organic Chemistry). 

Dzięki równowadze między miękkością i wytrzymałością, jaką wykazuje balsa, drewno to jest chętnie używanym materiałem. Ogorzałka wełnista (Ochroma pyramidale) znajduje zastosowanie zarówno do produkcji modeli samolotów, jak i pełnowymiarowych turbin wiatrowych. Naukowcy z Chin i USA odkryli kolejne możliwości wykorzystania balsy. Dokonali tego dzięki skopiowaniu jej naturalnej struktury i poddaniu jej fizycznej i chemicznej obróbce. W wyniku badań naukowcy uzyskali drewnianą gąbkę węglową odporną na wielokrotne ściskanie oraz inne ekstremalne oddziaływania mechaniczne.

“Nasze badania wskazują, że obróbka chemiczna i proces karbonizacji zmieniają trwałe i nieściśliwe drewno balsy w drewnianą gąbkę węglową podatną na sprężanie mechaniczne i wykazującą większą odporność na zmęczenie materiału oraz wrażliwość na reakcje elektryczne, niż większość ściśliwych materiałów zawierających węgiel. Ponieważ drewniana gąbka węglowa jest wytwarzana całkowicie z naturalnego drewna za pomocą prostej i opłacalnej metody, materiał jest odnawialny i trwały, w przeciwieństwie do popularnych nanorurek węglowych lub grafenu” – mówi Liangbing Hu, nanoinżynier i specjalista w zespole badań materiałowych ze School of Engineering im. A. Jamesa Clarka na University of Maryland.

Naukowy uzyskali “drewnianą gąbkę węglową”, która jest giętka i jednocześnie trwała, dzięki pospolitym substancjom chemicznym. Naruszyły one wytrzymałe włókna hemicelulozy i ligniny. Następnie drewno zostało podgrzane do temperatury 1000 oC, by zwęglić materiał organiczny. W efekcie regularne, prostokątne komórki miękiszowe typowe dla mikrostruktury balsy i innych rodzajów drewna zostały zastąpione pofalowanymi, splątanymi arkuszami węgla o łukowatym kształcie. Hu porównał tę nową strukturę do połączenia sprężyny z plastrem miodu.

Drewno poddane procesowi karbonizacji z pominięciem obróbki chemicznej kruszyło się pod jakimkolwiek większym naciskiem. Drewniana gąbka węglowa wytrzymała znaczne sprężanie mechaniczne, a trwałe deformacje powierzchni pojawiły się dopiero po 10 000 prób. Takie wyniki początkowo zaskoczyły grupę badawczą prowadzoną przez Tenga Li, mechanika inżyniera z University of Maryland, College Park oraz Jię Xiego, elektrotechnika z Huazhong University of Science and Technology w Chinach.

Po przeprowadzeniu dalszych testów mechanicznych i elektrycznych badacze mogli wykorzystać fragment gąbki w prototypie czujnika odkształcenia. Czujnik ten mógłby być noszony na palcu. Jego jakość pozwalałaby na wykorzystanie go w urządzeniach elektronicznych będących częścią ubrań sportowych lub w urządzeniach do monitorowania stanu zdrowia.

Naukowcy wierzą, że drewniana gąbka węglowa może zostać wykorzystana w urządzeniach do oczyszczania wody oraz w technologiach magazynowania i konwersji energii, np. w superkondensatorach i akumulatorach. “Różnorakie zastosowania gąbki udowadniają jak ważna jest strategia pozwalająca na odkrycie potencjału naturalnych materiałów, takich jak drewno, poprzez czerpanie inspiracji z innych naturalnie występujących struktur i źródeł” – mówi Hu.

Źródło: https://www.sciencedaily.com/releases/2018/03/180301125108.htm
Redaktor: Michałowska Emilia

Podobne artykuły

Ze względu na swoją wielkość, nanorurki węglowe zostały zbadane pod kątem zdolności do dostarczania immunoterapii. Kształt CNT pozwala na stosunkowo łatwe wejście do komórek, przy jednoczesnym zachowaniu dużego stosunku powierzchni do objętości. Umożliwia to modyfikację zarówno zewnętrznej,...
Podczas gdy nanorurki węglowe (CNTs – carbon nanotubes) przechodzą swój rozkwit w sferze badań pod kątem zastosowań komercyjnych, w wielu ośrodkach badawczych zyskał zainteresowanie kolejny nanorurkowy materiał. Mowa o nanorurkach z azotku boru (BNNTs –...