Самые острые ножи изготавливаются из стали или керамики. Оба эти материала необходимо ковать в печах при экстремальных температурах. Теперь исследователи разработали потенциально более экологичный способ изготовления острых ножей: использовать закаленную древесину. Методика, представленная 20 октября в научном журнале Matter, делает дерево в 23 раза тверже, а деревянный нож почти в три раза острее столового ножа из нержавеющей стали.
«Нож легко разрезает стейк средней прожарки, его эффективность аналогична столовому ножу», — говорит он. Тэн Ли, старший автор исследования и материаловед Университета Мэриленда. Впоследствии закаленный деревянный нож можно мыть и использовать повторно, что делает его многообещающей альтернативой одноразовым стальным, керамическим и пластиковым ножам. Вы не верите этому? Взгляните на себя.
Ли и его команда также продемонстрировали, что их материал также можно использовать для изготовления деревянных гвоздей, которые будут такими же острыми, как стальные гвозди, и устойчивыми к ржавчине. Нож, гвоздь… очень хорошо. Вы хотите сказать, что рано или поздно не смогут вытащить даже паркет, который не испортится и не поцарапается? Я очень на это надеюсь.
Почему они не думали об этом раньше?
Мы работаем с деревом на протяжении веков: почему к этому методу пришли только сейчас? Ну, во-первых, мы веками обрабатывали древесину сжатием и паром и не приложили особых усилий, чтобы опробовать разные подходы. Лишь недавно мы заново открыли исключительные качества этого материала, которые в сочетании с нашими новыми способностями в его разработке позволяют достичь выдающихся результатов. Как, скажем, прозрачное дерево, или другой лес прочнее бетона.
«Целлюлоза, основной компонент древесины, имеет более высокое соотношение прочности и плотности, чем большинство инженерных материалов, таких как керамика, металлы и полимеры, но наше нынешнее использование древесины едва ли реализует весь ее потенциал», — говорит Тэн Ли. Мы, видимо, слишком мало целлюлозы кладем в древесину: даже древесина, используемая в строительстве, содержит ее всего 40-50%, остальное — лигнин, выполняющий роль связующего вещества.
С этой точки зрения создание этого ножа является всего лишь тренировкой. Это помогло исследователям найти способы обработки древесины, удаляя ее «более слабые» компоненты, не затрагивая при этом структуру целлюлозы.
Нож для понимания (в два шага)
«На первом этапе мы частично удаляем лигнин. Обычно древесина очень жесткая, но после удаления лигнина она становится мягкой, гибкой и немного мягкой. На втором этапе выполняем горячий пресс. Мы применяем давление и тепло к химически обработанной древесине, чтобы уплотнить и удалить воду».
После того, как материал обработан и ему придана желаемая форма, его покрывают минеральным маслом, чтобы продлить срок его службы. Целлюлоза имеет свойство впитывать воду, поэтому такое покрытие сохраняет остроту ножа во время использования и даже при мытье в раковине или посудомоечной машине.
Но насколько он силен?
Используя микроскопию высокого разрешения, Ли и его команда исследовали микроструктуру закаленного деревянного ножа, чтобы определить причину его прочности. «Прочность куска материала очень чувствительна к размеру и плотности дефектов, таких как пустоты, каналы или ямки», — говорит Ли. «Двухэтапный процесс, который мы используем, значительно уменьшает дефекты натуральной древесины, стирая эти дефекты и каналы (которые служат для транспортировки воды или других питательных веществ в дерево, ред.)».
Два фактора из всех однозначно в пользу. Первое: возможность многократно использовать и затачивать их много раз. Во-вторых, для обработки этой древесины требуется всего 100 ° C (в многоразовой химической ванне). Для сравнения, для изготовления керамики требуются тысячи градусов Цельсия.
Этот процесс закалки древесины потенциально может быть более энергоэффективным и оказывать меньшее воздействие на окружающую среду, чем производство других искусственных материалов, хотя, чтобы сказать наверняка, необходим дополнительный анализ.
