Древесина — материал прошлого, настоящего и будущего

Основанный учеными Колорадского университета стартап InventWood удалив из древесины лигнин сделал ее прозрачной, словно стекло, или невероятно твердой.

Не стекло и не сталь: как будут выглядеть дома будущего

Лигнин удаляется горячим пероксидом водорода, позволяя цепочкам целлюлозы тесно сходиться друг с другом и фиксироваться множеством водородных связей. После опрессовки получается невероятно плотный материал, по твердости в разы превосходящий самые ценные породы древесины, а по прочности на разрыв приближающийся к титану и стали.

Статья «Стекло и сталь» опубликована в журнале «Популярная механика» (№8, Август 2019).

************

Мембрана из пористой древесины, которую представили исследователи из Пристонского Университета, может отфильтрвать соль из морской воды .

При мембранной перегонке соленую воду прокачивают через пленку, изготовленную из полимера, с очень узкими порами, которые отфильтровывают соль и пропускают только молекулы воды. Джейсон Рен из Принстонского университета в Нью-Джерси и его коллеги предложили другое решение. Они разработали новую мембрану из натурального дерева.

«Если подумать о традиционной фильтрации воды, то для нее требуется насос высокого давления, поэтому она потребляет много энергии», — говорит Рен.

Мембрана его команды изготовлена из тонкого куска дерева, который подвергли химической обработке, чтобы отделить дополнительные волокна и сделать ее поверхность скользкой к молекулам воды. Одна сторона мембраны нагревается таким образом, что при прохождении воды через нее жидкость испаряется. Затем водяной пар проходит через поры мембраны в холодную сторону и оставляет соль, конденсируясь в виде пресной воды. Это требует гораздо меньше энергии, чем просто кипячение всей соленой воды, потому что в таком случае нет необходимости поддерживать высокую температуру постоянно.

Так можно фильтровать около 20 кг воды на квадратный метр мембраны в час; это медленнее, чем полимерные мембраны. Исследователи полагают, что это может быть связано с тем, что у них не было оборудования, позволяющего сделать ее очень тонкой. Ее толщина — 500 мкм, а толщина полимерных мембран — обычно около 130 мкм.

*****

Ученые нашли способ превратить кусок дерева в минерал всего за несколько дней, тогда как в естественных условиях на это уходят миллионы лет. Как сообщает Associated Press, это открывает новые возможности перед химической промышленностью в области сепарации различных веществ, а также отфильтровывания и поглощения вредных примесей.

По словам одного из исследователей, «окаменелое дерево — это очень твердый и пористый материал», совсем не похожий на древесину. Имея прочную поверхность и будучи пористым внутри, этот минерал, представляет собой идеальное средство для поглощения или разделения различных химических соединений. Его также можно использовать в качестве катализатора.

В естественных условиях дерево становится окаменелым, когда оно попадает в такую среду, где отсутствует кислород. Затем оно выщелачивается и пропитывается минералами, содержащимися в почве. Например, в национальном парке «Окаменелый лес гингко» в штате Вашингтон, деревья были погребены под раскаленной лавой миллионы лет назад, что прекратило доступ к ним кислорода.

Чтобы создать окаменелую древесину, ученые взяли доски из сосны и тополя. Они окунули их в кислую ванну, а затем в течение нескольких дней пропитывали раствором кремнезема. После этого дерево просушили на воздухе, обожгли в заполненной аргоном печи, нагретой до температуры 1400 градусов, и охладили в аргоне до комнатной температуры.

В результате ученые получили карбид кремния, в точности повторяющий структуру окаменелой древесины. Теперь им предстоит сделать поры более узкими и расположенными в определенном порядке, чтобы получившийся минерал стал пригодным для промышленного использования.

Эти исследования были проведены в Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории, расположенной в штате Вашингтон. Исследовательский центр действует под руководством Министерства энергетики США.

******

http://www.facepla.net/images/stories2/938/21.06.13/wood-fibers.jpg

Ученые из Мэрилендского Университета разработали аккумулятор из дерева, который покрыт слоем олова. Они считают, что батареи, построенные по этой новой технологии, могли бы стать идеальным вариантом для крупномасштабных энергетических хранилищ, которые так необходимы для хранения излишков энергии, производимой некоторыми возобновляемыми источниками энергии. Энергосберегающая технология, использующая дерево в качестве основного материала, могла бы стать популярной альтернативой благодаря низкой стоимости составных частей.
«Вдохновение, стоящее за этой идеей, пришло от деревьев», говорит Liangbing Hu, доцент материаловедения и член Энергетического Центра Исследований при Мэрилендском Университете (University of Maryland Energy Research Center (UMERC)).

«Древесные волокна, из которых состоят деревья, содержат богатую минералами воду и поэтому они идеальны для хранения жидких электролитов, что делает их не только основой, но и активной частью батареи».
Устройство, созданное на результатах этого исследования, уже показало себя многообещающим – оно успешно прошло тестирование, включающее 400 циклов зарядки-разрядки.
Ни один из составляющих натрий-ионной батареи компонентов нельзя назвать дорогостоящим, также производство таких устройств не является чем-то сложным, а значит и дорогим.

Исследователи получили поддержку от Национального Научного Фонда (National Science Foundation), а также Мэрилендского Университета (University of Maryland).

По Liangbing Hu

**********

http://i.dailymail.co.uk/i/pix/2015/04/10/12/276C9A0B00000578-3033546-image-a-34_1428667015867.jpg
http://i.dailymail.co.uk/i/pix/2015/04/10/13/276C96F300000578-3033546-image-a-44_1428667404315.jpg
http://i.dailymail.co.uk/i/pix/2015/04/10/13/276C991400000578-3033546-image-a-88_1428669398542.jpg



Гэвин Манро взращивает молодые деревья в специально разработанных пластиковых формах, проводя обрезку нежелательных отростков и делая новые привои таким образом, чтобы сформировать очень жёсткие сочленения.

Используя этот метод, он уже создал несколько прототипов и имеет целое поле в графстве Дербишир, где он в настоящее время растит урожай из 400 столов, стульев и абажуров, которые он надеется собрать в следующем году.

Изобретатель считает, что его техника выращивания, которую уже окрестили ботаническим производством, в один прекрасный день может быть использована для организации устойчивого и экологичного процесса в гораздо большем масштабе.

Эта оригинальная идея пришла ему в голову во время работы садовником в Сан-Франциско, где, помимо прямых обязанностей, в своё свободное время он занимался изготовлением мебели из коряг.
Вспомнив старое дерево-бонсай в саду своей матери, которое напоминало трон, он решил, что будет проще вырастить мебель целиком, чем рубить взрослое дерево на куски, а затем собирать из них готовое изделие.

Его технология выращивания мебели, по сути дела, представляет собой естественный аналог 3D печати и не требует крепёжных элементов. К тому же полученные сочленения намного крепче соединений, выполненных традиционным способом, подобно тому, как сломанная кость в месте перелома становится крепче.

Пока Манро использует в своих конструкциях быстрорастущую иву, но экспериментирует и с другими породами деревьев. В его мебельном саду есть клён, орешник, дикая яблоня, платан, ясень и даже скальный и красный дуб.

Созданная им компания Full Grown, помимо выращивания уже освоенных конструкций, работает над более сложными изделиями, включая книжную полку и комод.
Ссылка

Оставить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *