Khi chọn vật liệu xây dựng, các kiến trúc sư và kỹ sư thường phải đối mặt với việc cân nhắc chi phí bỏ ra. Thép và hợp kim kim loại rất khỏe nhưng chúng cũng nặng và quá trình sản xuất ra các loại vật liệu xây dựng này cũng tạo ra những ảnh hưởng tiêu cực tới môi trường. Một giải pháp thay thế là nhựa, nhưng chúng có quá trình sản xuất phức tạp khiến cho giá thành khá cao.
Trong thời hoàng kim, gỗ rẻ và phong phú là một lựa chọn cho vật liệu xây dựng tuyệt vời, tuy nhiên, tính chất cơ học của nó lại không còn thích hợp với những mục đích sử dụng hiện đại ngày nay. Do đó, Liangbing Hu cùng các đồng nghiệp của mình thuộc Đại học - Trung tâm Nghiên cứu Năng lượng Maryland (UMERC) đã tìm ra cách mới để xử lý và nén gỗ dựa trên những thuộc tính độc đáo của loại vật liệu này.
Nguồn gốc của "siêu vật liệu"
Trong bản dạng tự nhiên của các tế bào gỗ, chúng được giữ cứng nhắc do các hợp chất cao phân tử (polymers) bao gồm lignin và hemicellulose xen kẽ với sợi nano của xenluloza. Gỗ cũng chứa những hệ thống ống được gọi là lumina chạy dọc theo hướng tăng trưởng của nó.
Để chuyển cấu trúc này thành một vật liệu hữu ích hơn, nhóm của Hu đầu tiên đã thử nghiệm mẫu gỗ với dung dịch muối để loại bỏ phần lớn lignin và hemicellulose. Điều này giúp cho thành tế bào xốp và ít cứng nhắc hơn. Sau đó, những nhà nghiên cứu sử dụng máy dập nóng 100 độ C với gỗ để thành tế bào và lumina bị phá bỏ, giúp độ dày của gỗ chỉ bằng 20% độ dày ban đầu.
Chất nén chứa các tế bào gỗ liên kết thẳng hàng theo hướng tăng trường này là kết quả của một hệ thống liên kết mạnh mẽ của các sợi nano xenluloza. Các sợi trên có nhóm hydro và oxit trong cấu trúc phân tử, làm tăng liên kết hydro giữa chúng, qua đó độ bền chắc của gỗ được cải thiện. Thực tế, mật độ phân tử của loại vật liệu được các nhà nghiên cứu gọi là "siêu vật liệu" này cao gấp 3 lần so với gỗ thông thường.
Chất lượng và giá thành hoàn hảo
Ảnh minh họa
Sau khi hoàn thiện quá trình chuyển đổi, nhóm của Hu bắt đầu thử nghiệm các tính chất của loại vật liệu mới. Thực tế, phần lớn vật liệu xây dựng có sự tương đồng giữa giá thành và chất lượng (độ vững chắc, độ dẻo dai), nếu giá thành thấp thì chất lượng cũng thấp và ngược lại. Tuy nhiên, với "siêu vật liệu", điều này lại không xảy ra.
Loại vật liệu mới có giá thành sản xuất thấp, đạt được cả độ vững chắc và độ dẻo dai. Sức bền của nó cao hơn 11,5 lần so với gỗ tự nhiên, bền hơn nhiều các loại nhựa phổ biến như nilon hay polystyrene. Độ dẻo dai của nó cao hơn 8,3 lần so với gỗ tự nhiên và cao hơn cả những hợp kim kim loại dẻo nhất.
