L-injam naturali u l-metall kienu materjali tal-bini essenzjali għall-bnedmin għal eluf ta 'snin. Il-polimeri sintetiċi li nsejħu plastiks 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 reżistenti għall-arja, l-ilma, is-sħana, u stress 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 irħas ħafna biex jipproduċi. Il-proprjetajiet tagħhom jistgħu jiġu personalizzati għal kważi kull użu. Madankollu, plastiks kummerċjali rħas jagħmlu materjali strutturali terribbli: apparat tal-plastik mhuwiex ħaġa tajba, u ħadd ma jrid jgħix f'dar tal-plastik. Barra minn hekk, ħafna drabi huma raffinati minn fjuwils fossili.
F'xi applikazzjonijiet, l-injam naturali jista 'jikkompeti mal-metalli u l-plastiks. Il-biċċa l-kbira tad-djar tal-familja huma mibnija fuq qafas ta' l-injam. ippubblikata fil-ġurnal Matter jesplora l-ħolqien ta 'materjal tal-injam imwebbes li jegħleb dawn il-limitazzjonijiet.Din ir-riċerka laħqet il-qofol tagħha fil-ħolqien ta' skieken u dwiefer tal-injam.Kemm hija tajba s-sikkina tal-injam u se tużaha dalwaqt?
L-istruttura fibruża ta 'l-injam tikkonsisti f'madwar 50% ċelluloża, polimeru naturali bi proprjetajiet ta' saħħa teoretikament tajbin. In-nofs li jifdal ta 'l-istruttura ta' l-injam huwa prinċipalment lignin u emicellulose.While iċ-ċelluloża tifforma fibri twal u iebsa li jipprovdu l-injam bis-sinsla ta 'l-injam naturali tiegħu. saħħa, l-emicellulose għandha ftit struttura koerenti u għalhekk ma tikkontribwixxi xejn għas-saħħa tal-injam. Lignin timla l-vojt bejn il-fibri taċ-ċelluloża u twettaq ħidmiet utli għall-injam ħaj. Iżda għall-iskop tal-bnedmin li tikkompatta l-injam u torbot il-fibri taċ-ċelluloża tagħha b'mod aktar strett flimkien, il-lignin saret xkiel.
F'dan l-istudju, l-injam naturali sar f'injam imwebbes (HW) f'erba 'passi. L-ewwel, l-injam huwa mgħolli f'idrossidu tas-sodju u sulfat tas-sodju biex tneħħi ftit mill-emicellulose u l-lignin.Wara dan it-trattament kimiku, l-injam isir aktar dens billi tagħfas fi pressa għal diversi sigħat f'temperatura tal-kamra. Dan inaqqas il-lakuni naturali jew il-pori fl-injam u jsaħħaħ it-twaħħil kimiku bejn il-fibri taċ-ċelluloża li jmissu magħhom. Sussegwentement, l-injam huwa taħt pressjoni f'105 ° C (221 ° F) għal ftit aktar sigħat biex tlesti d-densifikazzjoni, u mbagħad imnixxef.Finally, l-injam huwa mgħaddas f'żejt minerali għal 48 siegħa biex il-prodott lest ma jgħaddix ilma minnu.
Proprjetà mekkanika waħda ta 'materjal strutturali hija l-ebusija ta' l-indentazzjoni, li hija miżura tal-kapaċità tagħha li tirreżisti d-deformazzjoni meta tingħafas bil-forza. testijiet użati biex jiddeterminaw l-ebusija, bħall-ebusija Mohs użata fil-gemoloġija, it-test Brinell huwa wieħed minnhom.Il-kunċett tiegħu huwa sempliċi: ball bearing tal-metall iebes huwa ppressat fil-wiċċ tat-test b'ċerta forza. Kejjel id-dijametru taċ-ċirkulari indentazzjoni maħluqa mill-ballun.Il-valur tal-ebusija Brinell huwa kkalkulat bl-użu ta 'formula matematika; bejn wieħed u ieħor, iktar ma tkun kbira t-toqba li tolqot il-ballun, iktar ikun artab il-materjal. F'dan it-test, HW huwa 23 darba aktar diffiċli mill-injam naturali.
Il-biċċa l-kbira tal-injam naturali mhux ittrattat se jassorbi l-ilma. Dan jista 'jespandi l-injam u eventwalment jeqred il-proprjetajiet strutturali tiegħu. L-awturi użaw soak minerali ta' jumejn biex iżidu r-reżistenza għall-ilma tal-HW, u jagħmilha aktar idrofobika ("jibżgħu mill-ilma"). It-test tal-idrofobiċità jinvolvi t-tqegħid ta' qatra ilma fuq wiċċ.Iktar ma jkun idrofobiku l-wiċċ, aktar il-qtar tal-ilma jsiru sferiċi. Wiċċ idrofiliku ("li jħobb l-ilma"), min-naħa l-oħra, jifrex il-qtar ċatt (u sussegwentement jassorbi l-ilma aktar faċilment).Għalhekk, it-tixrib tal-minerali mhux biss iżid b'mod sinifikanti l-idrofobiċità tal-HW, iżda wkoll jipprevjeni l-injam milli jassorbi l-umdità.
F'xi testijiet ta 'inġinerija, skieken HW wettqu kemxejn aħjar minn skieken tal-metall. L-awturi jsostnu li s-sikkina HW hija madwar tliet darbiet aktar qawwija minn sikkina disponibbli kummerċjalment. jew dak li nistgħu nsejħu skieken tal-butir.Dawn mhumiex maħsuba biex ikunu partikolarment jaqtgħu.L-awturi juru vidjo tas-sikkina tagħhom taqta’ steak, iżda adult raġonevolment b’saħħtu x’aktarx jista’ jaqta’ l-istess steak bin-naħa matt ta’ furketta tal-metall, u sikkina steak taħdem ħafna aħjar.
Xi ngħidu dwar id-dwiefer?Dwiefer wieħed HW jidher li jista' jiġi mgħaqqad faċilment f'munzell ta' tliet pjanċi, għalkemm mhux daqshekk dettaljat daqs kemm huwa faċilità relattiva meta mqabbel mal-imsiemer tal-ħadid. Inxir tal-injam jistgħu mbagħad iżommu l-pjanċi flimkien, jirreżistu l-forza li tiċrita. minnhom apparti, b'madwar l-istess toughness bħall-inxir tal-ħadid.Fit-testijiet tagħhom, madankollu, il-bordijiet fiż-żewġ każijiet fallew qabel ma xi dwiefer fallew, għalhekk l-imsiemer aktar b'saħħithom ma kinux esposti.
L-imsiemer HW huma aħjar b'modi oħra? L-inxir tal-injam huma eħfef, iżda l-piż tal-istruttura mhuwiex primarjament misjuq mill-massa tal-inxir li jżommuha flimkien. L-inxir tal-injam mhux se sadid.Madankollu, mhux se jkun impermeabbli għall-ilma jew bijodekomponi.
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 'aktar b'saħħtu. , oġġetti tal-metall aktar attraenti, li jistgħu jerġgħu jintużaw infinitament?Ir-riċerka tagħhom tqajjem mistoqsijiet interessanti. L-inġinerija kontinwa (u fl-aħħar mill-aħħar is-suq) se twieġebhom.
Ħin tal-post: Apr-13-2022
