Miti ya asili na chuma vimekuwa nyenzo muhimu za ujenzi kwa wanadamu kwa maelfu ya miaka.Polima za sintetiki tunazoziita plastiki ni uvumbuzi wa hivi majuzi uliolipuka katika karne ya 20.
Vyuma na plastiki zote zina sifa zinazofaa kwa matumizi ya viwandani na kibiashara. Vyuma vina nguvu, ni ngumu, na kwa ujumla vinastahimili hewa, maji, joto na mafadhaiko ya mara kwa mara. kuzalisha na kuboresha bidhaa zao.Plastiki hutoa baadhi ya kazi za chuma huku ikihitaji wingi mdogo na ni nafuu sana kuzalisha.Sifa zao zinaweza kubinafsishwa kwa matumizi karibu yoyote.Hata hivyo, plastiki za bei nafuu za kibiashara hutengeneza vifaa vya miundo ya kutisha: vifaa vya plastiki si a jambo jema, na hakuna mtu anataka kuishi katika nyumba ya plastiki.Zaidi ya hayo, mara nyingi husafishwa kutoka kwa mafuta ya mafuta.
Katika baadhi ya matumizi, mbao za asili zinaweza kushindana na metali na plastiki.Nyumba nyingi za familia zimejengwa kwa kutunga mbao.Tatizo ni kwamba mbao za asili ni laini sana na zinaharibiwa kwa urahisi na maji kuchukua nafasi ya plastiki na chuma mara nyingi.Karatasi ya hivi majuzi. iliyochapishwa katika jarida la Matter inachunguza uundaji wa nyenzo ngumu ya mbao ambayo inashinda mapungufu haya.Utafiti huu ulifikia kilele kwa kuundwa kwa visu vya mbao na misumari.Je, kisu cha mbao ni kizuri kiasi gani na utakitumia hivi karibuni?
Muundo wa nyuzi wa kuni una takriban 50% ya selulosi, polima asilia yenye sifa nzuri za kinadharia.Nusu iliyobaki ya muundo wa mbao ni lignin na hemicellulose.Wakati selulosi huunda nyuzi ndefu, ngumu ambazo hutoa kuni na uti wa mgongo wa asili yake. nguvu, hemicellulose ina muundo mdogo thabiti na hivyo haichangii chochote kwa nguvu ya kuni. Lignin inajaza tupu kati ya nyuzi za selulosi na hufanya kazi muhimu kwa kuni hai. Lakini kwa madhumuni ya wanadamu ya kuunganisha kuni na kuunganisha nyuzi zake za selulosi zaidi kukazwa pamoja, lignin ikawa kizuizi.
Katika utafiti huu, mbao za asili zilifanywa kuwa mbao ngumu (HW) katika hatua nne.Kwanza, kuni huchemshwa katika hidroksidi ya sodiamu na salfati ya sodiamu ili kuondoa baadhi ya hemicellulose na lignin.Baada ya matibabu haya ya kemikali, kuni inakuwa mnene kwa kushinikiza. katika vyombo vya habari kwa saa kadhaa kwenye joto la kawaida. Hii inapunguza mapengo ya asili au vinyweleo kwenye kuni na huongeza mshikamano wa kemikali kati ya nyuzi za selulosi zilizo karibu. Kisha, kuni hutiwa shinikizo kwa 105 ° C (221 ° F) kwa chache zaidi. masaa ya kukamilisha msongamano, na kisha kukaushwa.Mwishowe, kuni huingizwa kwenye mafuta ya madini kwa saa 48 ili kufanya bidhaa iliyokamilishwa kuzuia maji.
Sifa moja ya mitambo ya nyenzo ya kimuundo ni ugumu wa kupenyeza, ambayo ni kipimo cha uwezo wake wa kupinga deformation inapominywa kwa nguvu. Almasi ni ngumu kuliko chuma, ngumu kuliko dhahabu, ngumu kuliko kuni, na ngumu zaidi kuliko povu ya kufunga. Miongoni mwa uhandisi nyingi. vipimo vinavyotumika kuamua ugumu, kama vile ugumu wa Mohs unaotumiwa katika gemolojia, mtihani wa Brinell ni mojawapo. Dhana yake ni rahisi: kuzaa kwa mpira wa chuma ngumu kunasisitizwa kwenye uso wa mtihani kwa nguvu fulani. Pima kipenyo cha mviringo. indentation iliyoundwa na mpira.Thamani ya ugumu wa Brinell huhesabiwa kwa kutumia fomula ya hisabati; kwa kusema, kadiri shimo inavyopiga mpira, ndivyo nyenzo zinavyokuwa laini.Katika jaribio hili, HW ni ngumu mara 23 kuliko kuni asilia.
Miti mingi ya asili isiyotibiwa itachukua maji.Hii inaweza kupanua kuni na hatimaye kuharibu mali zake za kimuundo.Waandishi walitumia siku mbili za madini ya madini ili kuongeza upinzani wa maji wa HW, na kuifanya zaidi ya hydrophobic ("kuogopa maji"). Jaribio la haidrofobi huhusisha kuweka tone la maji juu ya uso. Kadiri uso unavyozidi kuwa na haidrofobi, ndivyo matone ya maji yanavyozidi kuwa duara. Uso wa haidrofili ("upendo wa maji"), kwa upande mwingine, hueneza matone gorofa (na baadaye. inachukua maji kwa urahisi zaidi).Kwa hiyo, kuloweka kwa madini sio tu kwa kiasi kikubwa huongeza hydrophobicity ya HW, lakini pia huzuia kuni kutoka kwa unyevu.
Katika baadhi ya majaribio ya uhandisi, visu vya HW vilifanya vyema kidogo kuliko visu vya chuma.Waandishi wanadai kuwa kisu cha HW kina makali mara tatu zaidi ya kisu kinachopatikana kibiashara.Hata hivyo, kuna tahadhari kwa matokeo haya ya kuvutia.Watafiti wanalinganisha visu vya meza, au vile tunavyoweza kuviita visu vya siagi.Hizi hazikusudiwi kuwa kali sana.Waandishi wanaonyesha video ya kisu chao kikikata nyama ya nyama, lakini mtu mzima mwenye nguvu kiasi anaweza kukata nyama hiyo hiyo kwa ubavu wa uma wa chuma, na kisu cha nyama kitafanya kazi vizuri zaidi.
Vipi kuhusu misumari?Msumari mmoja wa HW unaweza kushindiliwa kwa urahisi katika rundo la mbao tatu, ingawa si wa kina kama ni rahisi kulinganisha na misumari ya chuma.Vigingi vya mbao basi vinaweza kushikilia mbao pamoja, kupinga nguvu ambayo inaweza kurarua. zikiwa zimetengana, zikiwa na ushupavu sawa na wa vigingi vya chuma. Katika vipimo vyao, hata hivyo, bodi katika visa vyote viwili zilifeli kabla ya misumari yoyote kushindwa, hivyo misumari yenye nguvu zaidi haikufunuliwa.
Je, misumari ya HW ni bora kwa njia nyinginezo?Vigingi vya mbao ni vyepesi, lakini uzito wa muundo hausukumwi hasa na wingi wa vigingi vinavyoishikilia pamoja.Vigingi vya mbao haviwezi kutu.Hata hivyo, haviwezi kupenyeza maji au biodecompose.
Hakuna shaka kwamba mwandishi ameanzisha mchakato wa kufanya kuni kuwa na nguvu zaidi kuliko kuni asilia.Hata hivyo, matumizi ya maunzi kwa kazi yoyote mahususi yanahitaji utafiti zaidi.Je, inaweza kuwa nafuu na isiyo na rasilimali kama plastiki?Je, inaweza kushindana na nguvu zaidi kuliko plastiki? , vitu vya chuma vinavyovutia zaidi, vinavyoweza kutumika tena?Utafiti wao unazua maswali ya kuvutia.Uhandisi unaoendelea (na hatimaye soko) utajibu.
Muda wa kutuma: Apr-13-2022
