• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  •  science >> Vetenskap >  >> Kemi
    Slitstarka träsvampar fungerar som gröna sensorer för mekanisk belastning

    På det här fotografiet, en träkolsvamp återgår till sin ursprungliga form efter kompression. Kredit:Chen et al.

    Att hitta den rätta balansen mellan mjukhet och robusthet, balsaträ är ett utvalt material för att tillverka allt från modellflygplan till vindkraftsblad i full storlek. Forskare i USA och Kina har öppnat ett nytt område av möjligheter för balsa genom att kapa dess naturliga struktur med kemiska och fysiska behandlingar för att omvandla den till en "träkolsvamp" som kan uthärda upprepad kompression och andra extrema mekaniska förhållanden. Deras arbete visas 1 mars i tidskriften Chem .

    "Våra resultat visar att stel och inkomprimerbar balsa kan göras mycket komprimerbar genom en kemisk behandlings- och karboniseringsprocess, som ger en träkolsvamp med mekanisk komprimerbarhet och trötthetsmotstånd och elektrisk svarskänslighet som överträffar de för de mest rapporterade komprimerbara kolhaltiga materialen, " säger co-senior författare Liangbing Hu, en nanoingenjör och materialforskare vid University of Maryland, College Park (UMD) A. James Clark School of Engineering. "Eftersom denna träkolsvamp är tillverkad helt av naturligt trä med en enkel och kostnadseffektiv metod, källmaterialet är också exceptionellt förnybart och hållbart, i motsats till populära alternativ som kolnanorör eller grafen. "

    Författarna uppnådde träkolsvampens böjbara men ändå motståndskraftiga arkitektur genom att använda vanliga kemikalier för att förstöra de styva hemicellulosa- och ligninfibrerna som bibehåller balsaträets normala cellväggsstruktur och sedan värma det behandlade träet till 1, 000°C för att omvandla det organiska materialet till enbart kol. Nettoeffekten av processen var att kollapsa de upprepade, regelbunden, rektangulära fickor typiska för mikrostrukturen i balsa och andra träslag och ersätt dem med en bunt vågig, sammankopplade, bågliknande kolplåtar, liknade av Hu till en korsning mellan en lindad fjäder och en honungskaka.

    Medan normalt kolsyrat trä, erhålls endast från uppvärmningssteget utan några kemiska modifieringar, är så ömtålig att all rimlig applicerad kraft pulveriserar den oåterkalleligt till aska och damm, träkolsvampen stod emot och studsade från kraftig kompression i upp till 10, 000 på varandra följande försök innan deformation började. En sådan prestation överraskade initialt forskargruppen, som också leddes av Teng Li, en maskiningenjör vid University of Maryland, College Park, och Jia Xie, en elektroingenjör vid Huazhong University of Science and Technology (Kina).

    Efter att ha utfört ytterligare mekaniska och elektriska tester på svampen, forskarna kunde införliva en skiva av den i en stamgivars prototyp som är lämplig för fästning på ett mänskligt finger, en kvalitet som är önskvärd för användning inom bärbar fitness eller hälsoövervakningselektronik.

    Forskarna tror att träkolsvampmaterialet också skulle kunna införlivas i vattenreningsanordningar och energilagrings- och samtalsteknik, som superkondensatorer och laddningsbara batterier. "De rikliga tillämpningarna illustrerar värdet av en strategi som utforskar de dolda potentialerna hos naturliga material, som träd, genom att hämta inspiration från andra naturliga strukturer och källor, "Säger Hu.


    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com