خشب خارق أقوى من المعادن !

ترجمة: إبراهيم عبدالله العلو
تمكن المهندسون في جامعة ماريلاند من إيجاد طريقة لجعل الخشب أقوى وأقسى بعشرة أضعاف عن ذي قبل وبالتالي تصنيع منتج طبيعي أقوى من العديد من سبائك التيتانيوم.

يحمل الدكتور ليان بنج(اليسار) قطعة من الخشب المحور عبر هذه الطريقة ليصبح أقوى من التيتانيوم وأقسى من الحديد بينما يحمل تنج لي(اليمين) قطعة غير معالجة من نفس الخشب.

يقول الدكتور ليان بنج هو رئيس فريق البحث الذي نشر في مجلة الطبيعة Nature والأستاذ المساعد في كلية علوم المواد والهندسة وعضو معهد إبتكار الطاقة ” تجعل طريقة معالجة الخشب الجديدة تلك الخشب أقوى بعشر مرات من الخشب الطبيعي وأقسى ب 12 ضعف وقد تحوله إلى منافس للحديد وحتى سبائك التيتانيوم. إنه قوي وشديد التحمل ويمكن مقارنته بإلالياف الكربونية ولكنه أقل كلفة بكثير.”

صورة مكبرة للخشب غير المعالج.

يضيف الدكتور تنج لي مساعد فريق البحث وأستاذ الهندسة الميكانيكية في جامعة ماريلاند قام فريقنا بقياس الخصائص الميكانيكية للخشب المكثف “إنه قوي وقاسي وهذا التوافق لا يوجد عادة في الطبيعة. إنه بقوة الحديد ولكنه أخف وزناً بستة مرات. ويتطلب كسره عشرة أمثال القوة اللازمة لكسر الخشب الطبيعي. ويمكن ثنيه وصبه في قوالب في بداية العملية.”

تبدأ العملية بإزالة الليجنين ligninمن الخشب وهو ذلك الجزء من الخشب اللذي يجعله صلباً ويمنحه اللون البني. ثم يضغط عى درجة حرارة معتدلة 65 مئوية مما يجعل ألياف السيللوز شديدة التراص وخلال ذلك تطحن أي عيوب مثل الفراغات أو العقد. ثم تمدد العملية قليلاً مع غطاء من الطلاء.

صورة مكبرة للخشب المعالج عبر طريقة إبتكرها المهندسون في جامعة ماريلاند تضغط الخشب إلى مادة جديدة ارق بخمس مرات عن الخشب الطبيعي.

إكتشف العلماء ان ألياف الخشب مضغوطة بشكل مكثف بحيث تشكل روابط هيدروجينية قوية مثل حشد من الناس لا يستطيع التزحزح وبنفس الوقت يمسكون بأيادي بعضهم البعض. ويجعل الإنضغاط الخشب أرق بخمسة مرات عن حجمه الأساسي.

إختبر الفريق مادة الخشب الجديدة والخشب الطبيعي بإطلاق مقذوفات تشبه طلقات الرصاص عليه حيث إخترقت الخشب الطبيعي ولكنها لم تستطع إخترام الخشب المعالج.

يقول هيو” قد تحل الأخشاب الطرية مثل الصنوبر و البلسا التي تنمو بسرعة والصديقة للبيئة محل الأخشاب الكثيفة و البطيئة النمو مثل الساج teak في الأبنية والمفروشات.”

يقول الدكتور هوا جيان جاو من جامعة براون” يقدم البحث طريقاً واعداً لتصميم مادة بناء خفيفة الوزن وذات أداء عال بنفس الوقت ذات إمكانيات هائلة في العديد من التطبيقات حيث تكون القوة والقساوة والمقاومة الباليستية الفائقة مرغوبة. ومن المثير للإهتمام على وجه التحديد تنوع إستخدام هذه الطريقة مع أنواع عديدة من الأخشاب وسهولة تطبيقها. ويمكن إستعمال هذا النوع من الخشب في السيارات والطائرات والمباني وعملياً في أي مكان يستخدم فيه الحديد.”

المهندسان تنج لي(اليمين) وليان جبنج هو(اليسار) صنعا خشباً أقوى وأقسى 10 مرات عن ذي قبل في جامعة ماريلاند الأمريكية.

يقول الدكتور زيجانج سو أستاذ المواد والميكانيك في جامعة هارفرد ” تنجز هذه العملية المكونة من مرحلتين قوة فائقة تزيد عما ذكر في الأبحاث. وإذا أخذنا بعين الإعتبار وفرة الخشب والنباتات الأخرى الغنية بالسيللوز فإن هذا البحث يحفز الخيال.”

أما الدكتور اورلاندو روجاس من جامعة التو في فنلندا فيقول” الملاحظة الأهم بتقديري هي وجود تركيز محدد من الليجنين، الصمغ بين خلايا الخشب، يرفع الأداء الميكانيكي للخشب المكثف. كما ان إزالة كثير أو قليل منه يخفض القوة بالمقارنة مع القيمة الأعلى المنجزة عند إزالة كمية معتدلة أو جزئية. ويكشف ذلك الميزان الحرج بين إتحاد الهيدروجين والإندماج الذي يمنحه مثل ذلك المركب البوليفينولي polyphenolic .علاوة على ذلك ان عملية التكثيف تزيد القوة والقساوة وهما خاصيتان تزيح إحداهما الأخرى عادة.”

استشرف بحث هيو إمكانيات التقانة النانوية الطبيعية للخشب. وسبق لهم ان قاموا بإنجاز العديد من التقانات الناشئة من مواد مرتبطة بالنانوسيللوز مثل ورق فائق الشفافية ليحل محل البلاستيك ووورق فوتوني لتحسين فعالية الخلايا الشمسية بمقدار 30% ووبطارية ومكثف قوي supercapacitor من الخشب وبطارية من ورقة وخشب شفاف لأبنية مقتصدة للطاقة وتحلية مياه بالطاقة الشمسية للشرب وإزالة الأصبغة السامة. وتم تحويل هذه التقانات الناشئة المرتكزة على الخشب للإنتاج التجاري من خلال شركة انفنتوود Inventwood

إقرأ أيضاً : اصنع بنفسك , حول الخشب العادي إلى خشب شفاف