Инженеры создали необычайно острый нож из дерева — как им это удалось?
Экспериментируя с альтернативными методами обработки древесины, ученые придумали новую закаленную форму натурального материала, из которой можно сделать ножи и гвозди.
Команда технологов из США сообщает, что полученные ножи почти в три раза острее, чем стандартный нож для обеденного стола.
Эта новая разновидность материала — разработка ученых из Университета Мэриленда, которые решили повысить естественную прочность дерева, которая создается за счет целлюлозы. Целлюлоза является основным компонентом древесины, составляя от 40 до 50 процентов материала, и сама по себе имеет более высокое отношение прочности к плотности, чем многие технические материалы, включая керамику, металлы и полимеры.
Но остальная часть древесины, состоящая из гемицеллюлозы и лигнина — вяжущих материалов, снижает ее общую прочность и ограничивает область применения. Авторы исследования решили удалить эти «слабые» части древесины, сохранив структуру целлюлозы.
«Это двухэтапный процесс. На первом этапе мы частично делигнифицируем древесину. Обычно древесина очень жесткая, но после удаления лигнина она становится мягкой, гибкой и несколько хрупкой. На втором этапе мы делаем горячее прессование, прикладывая давление и тепло к химически обработанной древесине, чтобы уплотнить и удалить воду», — говорит старший автор Дэн Ли.
Затем из закаленной древесины вырезали нож и покрыли минеральным маслом, которое противодействует естественной тенденции целлюлозы впитывать воду, продлевая срок службы материала, сохраняя остроту лезвия и делая его безопасным для мытья в посудомоечной машине.
По словам ученых, нож из твердого дерева почти в три раза острее ножа для обеденного стола из нержавеющей стали и в 23 раза тверже, чем из натурального дерева. Его использовали для разрезания стейка средней прожарки.
«Прочность куска материала очень чувствительна к размеру и плотности дефектов, таких как пустоты, каналы или ямки», — говорит Ли. «Двухэтапный процесс, который мы используем для обработки натуральной древесины, значительно уменьшает или устраняет дефекты натуральной древесины».
Отдельно команда использовала новую твердую древесину для изготовления гвоздей, которые были не только устойчивы к ржавчине, но и были такими же острыми, как и обычные стальные гвозди. Ученые продемонстрировали это, использу деревянные гвозди, чтобы сколотить вместе три деревянные доски, не повредив гвозди.
Ученые надеются, что эта новая форма дерева станет экологически чистой альтернативой стали и керамике, которые необходимо выковывать в печах при экстремальных температурах.
Ранее НВ писал, что исследователи из Университета Дарема в Великобритании и Института Фраунгофера в Германии разработали первый в мире не режущийся материал, который назвали Proteus.
Его плотность составляет всего 15% плотности стали, что, по их словам, могло бы обеспечить создание новых разновидностей брони.
В Proteus используются керамические сферы в ячеистой алюминиевой структуре. Эти сферы создают разрушительные вибрации, которые притупляют любые режущие инструменты. Исследователи черпали вдохновение в жесткой клеточной кожуре грейпфрута и прочных, устойчивых к разрушению раковинах моллюсков.
Угловая шлифовальная машина или буровое долото прорежут внешний слой пластины Proteus, но как только инструмент достигнет встроенных керамических сфер, начинается вибрация, которая притупляет острые края инструмента, а затем мелкие частицы керамической пыли начинают заполнять промежутки в матрично-подобной структуре металла. Это приводит к тому, что резать материал становится еще тяжелее.
Подписаться на ежедневную email-рассылку материалов раздела Техно Ежедневная рассылка о том как технологии изменяют мир подписаться Ежедневно в 17:00