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.
«Этот нож легко режет стейк средней прожарки, по производительности он не уступает столовому ножу», — говорит он. Тэн Ли, старший автор исследования и материаловед из Мэрилендского университета. После этого закаленный деревянный нож можно мыть и использовать повторно, что делает его многообещающей альтернативой одноразовым стальным, керамическим и пластиковым ножам. Не верите? Взгляните на себя.
Ли и его команда также показали, что их материал можно использовать для изготовления деревянных гвоздей, таких же острых, как сталь, и более устойчивых к ржавчине. Нож, гвоздь... очень хорошо. Вы говорите, что паркет, который не поврежден и не поцарапан, рано или поздно уже не выдернуть? Я очень на это надеюсь.
Почему они не думали об этом раньше?
Мы веками работаем с деревом: как же так получилось, что к этому методу пришли только сейчас? Ну, во-первых, мы веками работали с древесиной с прессованием и паром, и мы не слишком старались попробовать разные подходы. Только недавно мы заново открыли для себя исключительные качества этого материала, которые в сочетании с нашей новой способностью создавать его могут достигать выдающихся результатов. Как, скажем, а прозрачное дерево, или другой лес прочнее бетона.
«Целлюлоза, основной компонент древесины, имеет более высокое отношение прочности к плотности, чем большинство инженерных материалов, таких как керамика, металлы и полимеры, но наше нынешнее использование древесины едва ли раскрывает весь ее потенциал», — говорит Тенг Ли. В древесину мы, кажется, слишком мало кладем целлюлозы: даже в той, что используется в строительстве, ее всего 40-50%: остальное — лигнин, который выступает связующим.
С этой точки зрения создание этого ножа — всего лишь тренировка. Это помогло исследователям найти способ обработки древесины, удаляя самые слабые компоненты, не затрагивая 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, податливой и несколько кашеобразной. 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, он покрывается 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 изучили микроструктуру ножа из закаленной древесины, чтобы определить источник 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 используются для транспортировки воды или других питательных веществ в дерево, прим. 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 для уверенности в этом требуется более глубокий анализ.
