اكتشف باحثون في جامعة فلوريدا أتلانتيك أنهم يستطيعون جعل الخشب الصلب أكثر متانة عن طريق إضافة مركب الحديد إليه، مما قد يغير مستقبل البناء، كما ذكرت شبكة التكنولوجيا.
يمكن تعديل الليجنوسليلوز، وهو أحد مكونات الخشب والنباتات الأخرى التي تشكل هيكله، كيميائيًا لإنتاج الطاقة أو غيرها من الخصائص الكيميائية، مما يدفع العلماء إلى اختبار مواد جديدة لإنتاج أنواع جديدة وأكثر استدامة من الخشب. إحدى هذه الدراسات جاءت من كلية الهندسة وعلوم الكمبيوتر بجامعة فلوريدا أتلانتيك، بالتعاون مع جامعة ميامي ومختبر أوك ريدج الوطني.
في اختباراتهم، أراد الباحثون العثور على معدن يمكنهم إضافته إلى الخشب مما يجعله أكثر متانة دون إضافة الكثير من الوزن إلى المادة، أو زيادة التكاليف، أو تقليل الاستدامة. لقد أدخلوا مركب الحديد، المعروف باسم أوكسي هيدروكسيد الحديد البلوري النانوي، إلى خشب البلوط الأحمر، وهو نوع من الخشب المسامي.
وقالت مؤلفة الدراسة والأستاذ المساعد بجامعة FAU فيفيان ميرك: “إن الخشب، مثل العديد من المواد الطبيعية، له بنية معقدة ذات طبقات وميزات مختلفة على مستويات مختلفة”. “لكي نفهم حقًا كيف يتحمل الخشب الأحمال ويفشل في النهاية، من الضروري فحصه عبر هذه المستويات المختلفة. لاختبار فرضيتنا – القائلة بأن إضافة بلورات معدنية صغيرة إلى جدران الخلايا من شأنه أن يؤدي إلى تقويتها – استخدمنا عدة أنواع من الاختبارات الميكانيكية على كل من المقياس النانوي والمقياس العياني.”
استخدم فريق البحث الاهتزازات لاختبار مرونة المادة ودرجة التصاقها. وفقًا لـ Technology Networks، فقد استخدموا أيضًا اختبارات تحديد الهوية النانوية لتقييم قوة الخشب وخصائصه تحت الانحناء والضغوط الأخرى.
وقال ميرك: “من خلال النظر إلى الخشب على مستويات مختلفة – من الهياكل المجهرية داخل جدران الخلايا وصولاً إلى قطعة الخشب الكاملة – تمكنا من معرفة المزيد حول كيفية تحسين المواد الطبيعية كيميائيًا لاستخدامها في العالم الحقيقي”.
وأظهرت النتائج التي توصلوا إليها، والتي نشرت في منشورات ACS، أن المادة يمكن أن تقوي الخشب مع إضافة جزء صغير فقط من الوزن.
وقالت ستيلا باتالاما، عميد كلية الهندسة وعلوم الكمبيوتر بجامعة فلوريدا أتلانتا: “يمثل هذا البحث تقدمًا كبيرًا في علوم المواد المستدامة وخطوة هادفة نحو البناء والتصميم الصديقين للبيئة”. “من خلال تعزيز الخشب الطبيعي من خلال أساليب صديقة للبيئة وفعالة من حيث التكلفة، يضع باحثونا الأساس لجيل جديد من المواد الحيوية التي لديها القدرة على استبدال المواد التقليدية مثل الفولاذ والخرسانة في التطبيقات الهيكلية.”
المواد التي يتم استخدامها بكثرة في مشاريع البناء الجديدة، مثل الخرسانة، لها آثار ضارة على البيئة. يستهلك تصنيع الأسمنت الكثير من المياه وينتج عنه كميات كبيرة من التلوث الضار.
ومن ناحية أخرى، فإن الخشب، وهو “المواد الخام الأكثر صديقة للبيئة المتاحة لنا”، هو مادة مستدامة ومتجددة. يمكننا الاستمرار في زراعة أشجار جديدة تنتج الأكسجين وتزيل الكربون من الغلاف الجوي.
يبحث العلماء عن طرق لدمج الخشب المقوى في المباني الجديدة لزيادة استدامتها. في اليابان، يمثل مبنى شاهق جديد مصنوع من الخشب تحولا إلى البنية التحتية الحضرية. ويقوم الباحثون أيضًا باختبار الأخشاب المقاومة للنار والماء.
يمكن أن تساعد الدراسات التي أجراها فريق FAU في اتخاذ الخطوات التالية باستخدام الخشب القوي للمساعدة في إنشاء مباني أكثر استدامة.
وقال باتالاما: “إن تأثير هذا العمل يصل إلى ما هو أبعد من مجال الهندسة”. “إنها تساهم في الجهود العالمية للحد من انبعاثات الكربون، وتقليل النفايات، وتبني حلول مستدامة مستوحاة من الطبيعة لكل شيء بدءًا من المباني وحتى البنية التحتية واسعة النطاق.”
انضم إلى النشرة الإخبارية المجانية للحصول على التحديثات الأسبوعية حول أحدث الابتكارات تحسين حياتنا و تشكيل مستقبلناولا تفوت هذه القائمة الرائعة من الطرق السهلة لمساعدة نفسك أثناء مساعدة الكوكب.