L-injam u l-metall naturali ilhom materjali essenzjali tal-bini għall-bnedmin għal eluf ta’ snin. Il-polimeri sintetiċi li nsejħu plastik huma invenzjoni reċenti li splodiet fis-seklu 20.
Kemm il-metalli kif ukoll il-plastik għandhom proprjetajiet li huma adattati sew għall-użu industrijali u kummerċjali. Il-metalli huma b'saħħithom, riġidi, u ġeneralment reżiljenti għall-arja, l-ilma, is-sħana, u l-istress kostanti. Madankollu, jeħtieġu wkoll aktar riżorsi (li jfisser aktar għaljin) biex jipproduċu u jirfinaw il-prodotti tagħhom. Il-plastik jipprovdi xi wħud mill-funzjonijiet tal-metall filwaqt li jeħtieġ inqas massa u huwa irħis ħafna biex jiġi prodott. Il-proprjetajiet tagħhom jistgħu jiġu personalizzati għal kważi kull użu. Madankollu, il-plastiks kummerċjali rħas jagħmlu materjali strutturali terribbli: l-apparat tal-plastik mhuwiex ħaġa tajba, u ħadd ma jrid jgħix f'dar tal-plastik. Barra minn hekk, ħafna drabi jiġu raffinati minn fjuwils fossili.
F'xi applikazzjonijiet, l-injam naturali jista' jikkompeti mal-metalli u l-plastik. Il-biċċa l-kbira tad-djar tal-familja huma mibnija fuq qafas tal-injam. Il-problema hi li l-injam naturali huwa artab wisq u faċilment jiġrilu l-ħsara mill-ilma biex jissostitwixxi l-plastik u l-metall il-biċċa l-kbira tal-ħin. Dokument reċenti ppubblikat fil-ġurnal Matter jesplora l-ħolqien ta' materjal tal-injam imwebbes li jegħleb dawn il-limitazzjonijiet. Din ir-riċerka kkulminat fil-ħolqien ta' skieken u msiemer tal-injam. Kemm hi tajba s-sikkina tal-injam u se tużaha dalwaqt?
L-istruttura fibruża tal-injam tikkonsisti minn madwar 50% ċelluloża, polimeru naturali bi proprjetajiet ta’ saħħa teoretikament tajbin. In-nofs li jifdal tal-istruttura tal-injam huwa prinċipalment lignin u emiċelluloża. Filwaqt li ċ-ċelluloża tifforma fibri twal u iebsa li jipprovdu lill-injam bis-sinsla tas-saħħa naturali tiegħu, l-emiċelluloża għandha ftit struttura koerenti u għalhekk ma tikkontribwixxi xejn għas-saħħa tal-injam. Il-lignin jimla l-vojt bejn il-fibri taċ-ċelluloża u jwettaq kompiti utli għall-injam ħaj. Iżda għall-iskop tal-bnedmin li jikkumpattaw l-injam u jorbtu l-fibri taċ-ċelluloża tiegħu aktar flimkien, il-lignin sar ostaklu.
F'dan l-istudju, l-injam naturali ġie ttrasformat f'injam imwebbes (HW) f'erba' passi. L-ewwel, l-injam jiġi mgħolli fl-idrossidu tas-sodju u s-sulfat tas-sodju biex jitneħħew ftit mill-emiċelluloża u l-lignin. Wara dan it-trattament kimiku, l-injam isir aktar dens billi jiġi ppressat fi pressa għal diversi sigħat f'temperatura tal-kamra. Dan inaqqas il-lakuni jew il-pori naturali fl-injam u jtejjeb ir-rabta kimika bejn il-fibri taċ-ċelluloża biswit xulxin. Imbagħad, l-injam jiġi ppressurizzat f'105° C (221° F) għal ftit sigħat oħra biex titlesta d-densifikazzjoni, u mbagħad jitnixxef. Fl-aħħar, l-injam jiġi mgħaddas fiż-żejt minerali għal 48 siegħa biex il-prodott lest ikun reżistenti għall-ilma.
Proprjetà mekkanika waħda ta' materjal strutturali hija l-ebusija tal-indentazzjoni, li hija kejl tal-abbiltà tiegħu li jirreżisti d-deformazzjoni meta jiġi mbuttat bil-forza. Id-djamant huwa aktar iebes mill-azzar, aktar iebes mid-deheb, aktar iebes mill-injam, u aktar iebes mir-ragħwa tal-ippakkjar. Fost il-ħafna testijiet tal-inġinerija użati biex jiddeterminaw l-ebusija, bħall-ebusija Mohs użata fil-ġemoloġija, it-test Brinell huwa wieħed minnhom. Il-kunċett tiegħu huwa sempliċi: ball bearing tal-metall iebes jiġi ppressat fil-wiċċ tat-test b'ċerta forza. Kejjel id-dijametru tal-indentazzjoni ċirkolari maħluqa mill-ballun. Il-valur tal-ebusija Brinell huwa kkalkulat bl-użu ta' formula matematika; bejn wieħed u ieħor, iktar ma jkun kbir it-toqba li tolqot il-ballun, iktar ikun artab il-materjal. F'dan it-test, l-HW huwa 23 darba aktar iebes mill-injam naturali.
Il-biċċa l-kbira tal-injam naturali mhux trattat jassorbi l-ilma. Dan jista’ jespandi l-injam u eventwalment jeqred il-proprjetajiet strutturali tiegħu. L-awturi użaw tixrib minerali ta’ jumejn biex iżidu r-reżistenza għall-ilma tal-HW, u jagħmluh aktar idrofobiku (“jibża’ mill-ilma”). It-test tal-idrofobiċità jinvolvi t-tqegħid ta’ qatra ilma fuq wiċċ. Iktar ma jkun idrofobiku l-wiċċ, iktar isiru sferiċi l-qtar tal-ilma. Wiċċ idrofiliku (“li jħobb l-ilma”), min-naħa l-oħra, ixerred il-qtar ċatti (u sussegwentement jassorbi l-ilma aktar faċilment). Għalhekk, it-tixrib minerali mhux biss iżid b’mod sinifikanti l-idrofobiċità tal-HW, iżda jipprevjeni wkoll lill-injam milli jassorbi l-umdità.
F'xi testijiet tal-inġinerija, is-skieken HW kellhom prestazzjoni kemxejn aħjar mis-skieken tal-metall. L-awturi jsostnu li s-sikkina HW hija madwar tliet darbiet aktar qawwija minn sikkina disponibbli kummerċjalment. Madankollu, hemm twissija għal dan ir-riżultat interessanti. Ir-riċerkaturi qed iqabblu s-skieken tal-mejda, jew dak li nistgħu nsejħu skieken tal-butir. Dawn mhumiex maħsuba biex ikunu partikolarment qawwija. L-awturi juru vidjo tas-sikkina tagħhom taqta' steak, iżda adult raġonevolment b'saħħtu probabbilment jista' jaqta' l-istess steak bin-naħa matt ta' furketta tal-metall, u sikkina tal-isteak taħdem ħafna aħjar.
Xi ngħidu dwar id-dwiefer? Musmar HW wieħed milli jidher jista' jiġi mwaħħal faċilment f'munzell ta' tliet twavel, għalkemm mhux daqshekk dettaljat daqs kemm hu relattivament faċli meta mqabbel mad-dwiefer tal-ħadid. Il-kunjardi tal-injam jistgħu mbagħad iżommu l-twavel flimkien, u jirreżistu l-forza li tqattagħhom, bl-istess ebusija bħall-kunjardi tal-ħadid. Fit-testijiet tagħhom, madankollu, il-twavel fiż-żewġ każijiet fallew qabel ma fallew xi wieħed mid-dwiefer, għalhekk id-dwiefer l-aktar b'saħħithom ma kinux esposti.
L-imsiemer HW huma aħjar b'modi oħra? Il-kunjetti tal-injam huma eħfef, iżda l-piż tal-istruttura mhux primarjament immexxi mill-massa tal-kunjetti li jżommuha flimkien. Il-kunjetti tal-injam mhux se jissadddu. Madankollu, mhux se jkunu impermeabbli għall-ilma jew għall-bijodekompożizzjoni.
M'hemm l-ebda dubju li l-awtur żviluppa proċess biex jagħmel l-injam aktar b'saħħtu mill-injam naturali. Madankollu, l-utilità tal-ħardwer għal kwalunkwe xogħol partikolari teħtieġ aktar studju. Jista' jkun irħis u mingħajr riżorsi daqs il-plastik? Jista' jikkompeti ma' oġġetti tal-metall aktar b'saħħithom, aktar attraenti, u li jistgħu jerġgħu jintużaw b'mod infinit? Ir-riċerka tagħhom tqajjem mistoqsijiet interessanti. L-inġinerija kontinwa (u fl-aħħar mill-aħħar is-suq) se twieġebhom.
Ħin tal-posta: 13 ta' April 2022
