Para saintis telah membuat kayu tiruan daripada resin sintetik yang sambil meniru kayu semula jadi mempamerkan sifat yang lebih baik untuk kegunaan pelbagai fungsi
Kayu adalah sebuah organik fibrous tissue found in trees, bushes and shrubs. Wood can be called as the most useful and maybe the most versatile material on planet Earth. It has been used for thousands of years for multiple purposes and is highly remarked for its low density and high strength. The unique anisotropic cellular structure (i.e. different properties in different directions) of wood grants it amazing mechanical properties as well making it strong, stiff but still light and flexible. Wood has high compressive strength and low tensile strength. Wood is environment and cost friendly, super strong, durable and long-lasting and can be used for building just anything from making paper to building houses.
Alam semula jadi telah menyediakan kita dengan bahan yang menakjubkan seperti kayu. Namun, sentiasa ada inspirasi yang berputar di sekitar alam semula jadi untuk kita mereka bentuk dan membangunkan bahan kejuruteraan biomimetik berprestasi tinggi, bahan yang boleh 'meniru' sifat menakjubkan biobahan yang telah ditemui di alam semula jadi. Keunikan kayu datang dari struktur selular anisotropiknya bersama ketumpatan rendah dan kekuatan tinggi. Baru-baru ini saintis telah cuba mereka bentuk bahan mempertimbangkan konsep ini dalam usaha untuk menduplikasi sifat kayu seperti kekuatan tinggi dan ringan. Walau bagaimanapun, kebanyakan penyelidikan telah membawa kepada hasil yang tidak memuaskan kerana bahan yang direka mengalami satu kecacatan atau yang lain. Ia masih menjadi cabaran besar bagi jurutera untuk membina tiruan bahan seperti kayu. Ini mempunyai kaitan yang tinggi kerana memerlukan beberapa dekad untuk menanam kayu asli dan masa serta kecekapan adalah kriteria yang kuat apabila ingin membuat bahan yang serupa dengan kayu asli.
Kayu bioinspirasi
Penyelidik dari Universiti Sains dan Teknologi China telah merangka strategi baru untuk fabrikasi polimer tiruan bioinspirasi kayu secara besar-besaran. Bahan tiruan ini mempunyai struktur mikro selular seperti kayu, kebolehkawalan yang baik dalam mikrostruktur dan akan menunjukkan sifat seperti ringan dan kekuatan tinggi yang serupa dengan sifat mekanikal kayu asli. Penyelidik menyatakan bahawa bahan baharu ini sekuat kayu asli tidak seperti kayu kejuruteraan lain yang dikaji sehingga kini.
Kayu yang terdapat di alam semula jadi mengandungi polimer semula jadi yang dipanggil lignin yang bertanggungjawab untuk menjadikan kayu itu kuat. Lignin mengikat hablur kecil selulosa bersama-sama dalam struktur seperti mesh untuk mencipta kekuatan tinggi. Penyelidik berfikir untuk mereplikasi lignin dengan menggunakan polimer sintetik yang dipanggil resol yang mempunyai sifat yang serupa. Mereka berjaya menukar resol yang tersedia secara tradisional (resin fenolik dan resin melamin) kepada kayu tiruan seperti bahan. Penukaran itu dicapai dengan menggunakan sifat pemasangan sendiri bagi resol polimer dan kemudian dengan menjalani pemerasan. Untuk mencapai pemasangan sendiri, resin termostat cecair dibekukan secara satu arah, kemudian diawetkan (berpaut silang atau dipolimerkan) pada suhu tidak melebihi 200 darjah Celsius. Kayu kejuruteraan yang dihasilkan menggunakan struktur seperti sel yang hampir menyerupai kayu asli. Selepas itu, thermocuring - satu proses yang terdiri daripada perubahan kimia yang disebabkan oleh suhu (di sini, pempolimeran) dalam resol - telah dilakukan untuk menghasilkan kayu polimer tiruan. Saiz liang dan ketebalan dinding bahan sedemikian boleh dikawal secara manual. Bukan itu sahaja, kristal yang dihasilkan oleh resol juga boleh diubah berdasarkan keperluan jenis kayu. Warna juga boleh diubah dengan menambah atau menukar kristal yang memegang resol bersama-sama. Apabila kayu kejuruteraan ini dimampatkan, ia mempamerkan rintangan yang serupa dengan kayu semula jadinya. Pendekatan yang diterangkan dalam kajian ini juga boleh diistilahkan sebagai pendekatan hijau untuk menyediakan kayu tiruan di mana kompos bahan nano seperti nanofiber selulosa dan graphene oksida boleh digunakan.
Menariknya, kayu buatan kejuruteraan mempamerkan ketahanan kakisan yang lebih baik terhadap air dan asid berbanding kayu asli sambil menganggap tiada penurunan dalam sifat mekanikalnya. Ini bermakna kayu tiruan boleh menahan kejadian cuaca yang melampau dan akan dipertingkatkan dalam menyediakan perlindungan. Ia juga menunjukkan penebat haba yang lebih baik dan ketahanan terhadap api yang lebih baik dan tidak mudah terbakar seperti yang dilakukan oleh kayu asli terutamanya kerana resol adalah kalis api. Ini boleh menjadi kebaikan bagi sektor seperti pembuatan dan pembinaan terutamanya bangunan kediaman yang terbakar apabila dibina menggunakan kayu asli. Bahan ini sangat sesuai untuk persekitaran yang sukar dan keras kerana ia agak dipertingkatkan jika dibandingkan dengan kayu semula jadi. Ia unik jika dibandingkan dengan bahan kejuruteraan standard seperti seramik selular dan aerogel berkenaan dengan kekuatan dan sifat penebat haba. Ia juga lebih berkesan daripada kebanyakan komposit kayu plastik kerana kekuatannya yang lebih tinggi. Kayu kejuruteraan mempunyai banyak sifat yang menjadikannya lebih cekap.
Strategi novel yang diterangkan dalam kajian ini diterbitkan dalam Kemajuan sains menyediakan jalan baharu untuk mengarang dan membuat kejuruteraan pelbagai bahan komposit kejuruteraan biomimetik berprestasi tinggi yang akan mempunyai kelebihan ketara berbanding rakan sejawat tradisional mereka. Bahan novel sedemikian boleh mempunyai aplikasi yang luas dalam banyak bidang.
***
{Anda boleh membaca kertas penyelidikan asal dengan mengklik pautan DOI yang diberikan di bawah dalam senarai sumber yang dipetik}
Sumber (s)
Zhi-Long Y di al. 2018 Kayu polimer bioinspired. Kemajuan sains. 4(8).
https://doi.org/10.1126/sciadv.aat7223
***
