Các nhà khoa học Mỹ vừa tìm ra cách có thể biến gỗ thành một loại vật liệu cứng hơn gấp 10 lần và chắc hơn gấp 12 lần.
Theo Popular Mechanics, các nhà khoa học tại ĐH. Maryland (Mỹ) đã thành công trong việc sử dụng phương pháp hóa học và polyme nghiền giúp biến vật liệu gỗ mềm trở nên cứng hơn gấp 10 lần so với đặc tính tự nhiên. Nhóm nghiên cứu gọi đây là “super wood” hay “siêu gỗ”.
Các loại gỗ nhẹ như thông hoặc gỗ bấc thường được ứng dụng khá nhiều trong sản xuất và chế biến gỗ gia dụng. Nhưng do đặc tính nhẹ nên chúng ít khi được sử dụng trong các dự án, công trình đòi hỏi khả năng chịu lực cao.
Tuy nhiên với nghiên cứu này, các nhà khoa học hy vọng, mọi thứ sẽ sớm thay đổi khi mà mọi loại gỗ đều có thể cứng như thép.
Ông Liangbing Hu, trưởng nhóm nghiên cứu cho biết: “Phương pháp mới này giúp gỗ chắc hơn gấp 12 lần và cứng hơn gấp 10 lần so với gỗ tự nhiên. Đây sẽ là phương pháp cạnh tranh với các loại vật liệu như thép, thậm chí là hợp kim titan bởi chúng khá cứng và chắc chắn. Dù cứng nhưng chúng lại có trọng lượng gần như tương đương với sợi carbon và rẻ hơn”.
Bí quyết để có vật liệu gỗ cứng hơn là những sợi liên kết nano xenlulo bền chắc
Một trong những chất giúp gỗ trở nên bền chắc và có màu nâu, đó là lignin, một chất cao phân tử có cấu trúc vô định hình khác với xenlulo. Cùng với xenlulo, lignin là một trong những thành phần tạo nên cấu trúc của thực vật.
Chất lignin có độ bền cao, chắc chắn, giúp chống đỡ và bảo vệ thành tế bào cũng như các bó mạch của cây. Nếu bạn chưa biết, lignin cũng là hợp chất tự nhiên có nhiều nhất trên Trái Đất. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm bỏ lignin khỏi gỗ để xem độ bền chắc và cứng cáp của gỗ có được cải thiện hơn không.
Trước tiên, nhóm nghiên cứu đun sôi tấm gỗ trong một hỗn hợp nước gồm Natri hiđroxit (NAOH) và Natri sunfit (NA2SO3) để loại bỏ lignin và hemicellulose khỏi gỗ. Gỗ sau đó sẽ được ép nóng để tạo nên các sợi liên kết nano xenlulo siêu bền chắc.
Việc loại bỏ lignin khỏi gỗ cho phép nhóm nghiên cứu có thể nén gỗ dưới nhiệt độ khoảng 65 độ C. Khi không còn hợp chất lignin đóng vai trò gắn kết các tế bào gỗ, các nhà khoa học có thể biến các sợi xenlulo trở nên bền chắc hơn.
Khi các sợi xenlulo được liên kết chặt hơn với nhau, mọi khuyết tật, lỗ hổng trong gỗ sẽ mất đi. Những sợi xenluno này sẽ tạo nên các liên kết hydro dày đặc.
Chúng được ví giống như “một đám đông đang nắm tay nhau nhưng không thể nhúc nhích”. Tác động từ lực nén cũng giúp giảm kích thước gỗ, khiến chúng mỏng hơn gấp 5 lần so với trước đó.
Để thử nghiệm tính bền chắc của gỗ sau khi áp dụng phương pháp tách lignin, các nhà nghiên cứu đã thử bắn đạn thật vào chúng. Kết quả cho thấy, gỗ sau khi tách đã ngăn đạn xuyên qua tới nửa thân gỗ thành công.
Hu tin tưởng: “Loại gỗ này có thể được sử dụng trong ôtô, máy bay hoặc các tòa nhà, nói chung là bất cứ ứng dụng nào có sử dụng tới thép”.
Phương pháp tách lignin là tương lai của ngành công nghiệp chế biến gỗ
Trên thế giới không ít loại gỗ có độ bền chắc và cứng cáp đến khó tin, ví dụ như quebracho, tuyết tùng, gỗ đen Châu Phi. Tuy nhiên bởi độ bền chắc nên những loại gỗ này có giá bán đắt đỏ và khá hiếm.
Với phương pháp này, nhóm nghiên cứu hy vọng có thể chế tạo ra được các loại gỗ giá rẻ nhưng vẫn đủ bền chắc như các loại gỗ đắt tiền.
Đồng tác giả nghiên cứu, ông Teng Li khẳng định: “Cần gấp 10 lần lực tác động mới có thể bẻ gãy được cấu trúc gỗ này so với gỗ tự nhiên. Gỗ thậm chí có thể uốn cong hay làm khuôn ngay khi mới bắt đầu quá trình tách lignin”.
Hiện các nhà khoa học vẫn đang tiếp tục thử nghiệm phương pháp để tìm ra một quy trình chuẩn xác và hiệu quả hơn. Nếu sớm được thương mại hóa, đây sẽ là một phương pháp mở ra một cuộc cách mạng mới cho ngành công nghiệp chế biến gỗ trong tương lai.
Theo VNR