Tryckbehandling – som innebär att trä inuti en trycksatt vattentät tank och tvinga in kemikalier i brädorna – har använts i mer än ett sekel för att hjälpa till att avvärja svampen som orsakar träröta i våta miljöer.

Nu har forskare vid Georgia Institute of Technology utvecklat en ny metod som en dag kan ersätta konventionell tryckbehandling som ett sätt att göra virket inte bara svampresistent utan också nästan ogenomträngligt för vatten - och mer värmeisolerande.

Den nya metoden, som kommer att redovisas 13 februari i journalen Langmuir och gemensamt sponsrad av försvarsdepartementet, Gulf Research Program, och Westendorfs grundforskningsfond, innebär att man applicerar en skyddande beläggning av metalloxid som bara är några få atomer tjock genom hela träets cellstruktur.

Denna process, känd som atomlagerdeposition, används redan ofta vid tillverkning av mikroelektronik för datorer och mobiltelefoner men undersöks nu för nya tillämpningar i råvaruprodukter som trä. Precis som tryckbehandlingar, processen utförs i en lufttät kammare, men i detta fall har kammaren låga tryck för att hjälpa gasmolekylerna att tränga igenom hela trästrukturen.

"Det var verkligen viktigt att denna beläggning applicerades i hela träets inre och inte bara på ytan, " sa Mark Losego, en biträdande professor vid School of Materials Science and Engineering. "Trä har porer som är ungefär lika breda som ett människohår eller lite mindre, och vi använde dessa hål som våra vägar för gaserna att färdas genom träets struktur."

När gasmolekylerna färdas längs dessa vägar, de reagerar med porens ytor för att avsätta en konform, atomär beläggning av metalloxid i hela träets inre. Resultatet är trä som släpper vatten från sin yta och motstår att absorbera vatten även när det är nedsänkt.

I sina experiment, forskarna tog färdiga tall 2x4s och skar dem i en-tums bitar. De testade sedan att infundera virket med tre olika typer av metalloxider:titanoxid, aluminiumoxid och zinkoxid. Med varje, de jämförde vattenabsorptionen efter att ha hållit virket under vatten under en tid. Av dom tre, titanoxid presterade bäst genom att hjälpa träet att absorbera minsta mängd vatten. Som jämförelse, obehandlat virke absorberade tre gånger så mycket vatten.

"Av de tre kemierna som vi försökte, titanoxid visade sig vara den mest effektiva för att skapa den hydrofoba barriären, sa Shawn Gregory, en doktorand vid Georgia Tech och huvudförfattare på tidningen. "Vi antar att detta är troligt på grund av hur prekursorkemikalierna för titandioxid reagerar mindre lätt med porytorna och därför har lättare att penetrera djupt in i träets porer."

Losego sa att samma fenomen existerar i atomskiktsavsättningsprocesser som används för mikroelektroniska enheter.

"Dessa titanoxidprekursorkemi är kända för att bättre penetrera och konformt belägga komplexa nanostrukturer i mikroelektronik precis som vi ser i träet, ", sa Losego. "Dessa gemensamma drag i att förstå grundläggande fysiska fenomen – även i vad som verkar vara väldigt olika system – är det som gör vetenskapen så elegant och kraftfull."

Förutom att vara hydrofob, virke som behandlats med den nya ångprocessen motstår också mögel som så småningom leder till röta.

"Intressant, när vi lämnade dessa block i en fuktig miljö i flera månader, vi märkte att de titanoxidbehandlade blocken var mycket mer motståndskraftiga mot mögeltillväxt än det obehandlade virket, ", tillade Gregory. "Vi misstänker att detta har något att göra med dess hydrofoba natur, även om det kan finnas andra kemiska effekter förknippade med den nya reningsprocessen som också kan vara ansvariga. Det är något vi skulle vilja undersöka i framtida forskning."

Ännu en fördel med den nya processen:ångbehandlat trä var mycket mindre värmeledande jämfört med obehandlat trä.

"Mycket uppmärksamhet ägnas vid husbyggen åt att isolera hålrummen mellan de strukturella komponenterna i ett hem, men en stor del av de termiska förlusterna orsakas av själva trärebbarna, sa Shannon Yee, en docent vid George W. Woodruff School of Mechanical Engineering och en medförfattare på uppsatsen med expertis inom termiska system. "Trä som behandlats med denna nya process kan vara upp till 30 procent mindre ledande, vilket skulle kunna översättas till en besparing på så mycket som 2 miljoner BTU energi per bostad och år."