과학자들은 천연 나무를 모방하면서 다기능 사용을 위한 개선된 특성을 나타내는 합성 수지로 인조 나무를 제작했습니다.
나무는 유기적인 fibrous tissue found in trees, bushes and shrubs. Wood can be called as the most useful and maybe the most versatile material on 행성 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.
자연은 이미 나무와 같은 놀라운 재료를 우리에게 제공했습니다. 그러나 이미 자연에서 발견되는 생체 재료의 놀라운 특성을 '모방'할 수 있는 고성능 생체 모방 공학 재료를 설계하고 개발하기 위해 자연을 중심으로 회전하는 영감이 항상 있습니다. 나무의 독창성은 낮은 밀도와 높은 강도와 함께 이방성 세포 구조에서 비롯됩니다. 최근 과학자들은 고강도, 경량화와 같은 목재의 특성을 복제하기 위해 이러한 개념을 고려하여 재료를 설계하려고 했습니다. 그러나 대부분의 연구는 설계된 재료가 하나의 결함으로 인해 만족스럽지 못한 결과로 이어졌습니다. 엔지니어가 구축하는 것은 여전히 큰 도전으로 남아 있습니다. 인조의 나무와 같은 재료. 천연 나무를 재배하는 데 수십 년이 걸리고 천연 나무와 유사한 재료를 만들 때 시간과 효율성이 강력한 기준이기 때문에 이것은 관련성이 높습니다.
생물에서 영감을 받은 나무
중국 과학 기술 대학(University of Science and Technology)의 연구원들이 생체에서 영감을 받은 인공 고분자 제조를 위한 새로운 전략을 고안했습니다. 목재 대규모로. 이 인공 재료는 나무와 같은 세포 미세 구조, 미세 구조에서 우수한 제어성을 가지며 천연 나무의 기계적 특성과 유사한 경량 및 고강도와 같은 특성을 나타냅니다. 연구원들은 이 신소재가 지금까지 연구된 다른 공학목재와 달리 천연목만큼 강하다고 말합니다.
자연에서 발견되는 목재에는 목재를 강하게 만드는 역할을 하는 리그닌이라는 천연 폴리머가 포함되어 있습니다. 리그닌은 셀룰로오스의 작은 결정자를 메쉬와 같은 구조로 결합하여 고강도를 생성합니다. 연구원들은 유사한 성질을 가진 레졸이라는 합성 고분자를 사용하여 리그닌을 복제하는 방법을 생각했습니다. 그들은 전통적으로 이용 가능한 레졸(페놀 수지 및 멜라민 수지)을 인조 나무 물질처럼. 변환은 먼저 폴리머 레졸의 자기 조립 특성을 활용한 다음 경화를 거쳐 이루어졌습니다. 자체 조립을 달성하기 위해 액체 온도 조절 장치 수지를 단방향으로 동결한 다음 섭씨 200도 이하의 온도에서 경화(가교 또는 중합)했습니다. 생산된 공학목재는 천연목과 매우 흡사한 세포 구조를 채택하고 있습니다. 이어서 열경화(resol에서 온도에 의한 화학 변화(여기서는 중합))를 수행하여 인조 고분자 목재를 생산했습니다. 이러한 재료의 기공 크기와 벽 두께는 수동으로 제어할 수 있습니다. 뿐만 아니라 레졸이 만드는 결정체도 목재의 종류에 따라 달라질 수 있습니다. 색상은 또한 레졸을 함께 유지하는 결정자를 추가하거나 전환하여 변경할 수 있습니다. 이 엔지니어링 목재를 압축하면 천연 목재와 유사한 저항성을 보입니다. 연구에서 설명한 접근 방식은 또한 셀룰로오스 나노 섬유 및 산화 그래핀과 같은 나노 물질의 퇴비를 사용할 수있는 인공 나무를 준비하기위한 녹색 접근 방식이라고도 할 수 있습니다.
흥미롭게도 공학 인조 목재는 기계적 특성의 저하가 없다고 가정하면서 천연 목재에 비해 물과 산에 대한 내식성이 우수합니다. 이것은 인조 나무가 극한의 기상 현상에 저항할 수 있고 보호 기능을 향상시킬 수 있음을 의미합니다. 또한 레졸은 난연성이므로 단열성이 우수하고 내화성이 우수하며 천연목처럼 쉽게 불이 붙지 않습니다. 이는 천연 목재를 사용하여 지을 때 화재가 발생하는 특히 주거용 건물과 같은 제조 및 건설 부문에 도움이 될 수 있습니다. 이 소재는 천연 나무와 비교할 때 상당히 강화되어 거칠고 가혹한 환경에 이상적으로 적합합니다. 강도 및 단열 특성과 관련하여 셀룰러 세라믹 및 에어로겔과 같은 표준 엔지니어링 재료와 비교할 때 고유합니다. 또한 강도가 높기 때문에 대부분의 플라스틱-목재 복합 재료보다 더 효과적입니다. 공학 목재는 훨씬 더 효율적으로 만드는 다양한 속성을 가지고 있습니다.
에 발표된 이 연구에서 설명된 새로운 전략 과학의 발전 다양한 고성능 생체모방 엔지니어링 복합 재료를 제조하고 엔지니어링할 수 있는 새로운 길을 제공하며 이는 기존 제품에 비해 상당한 이점이 있습니다. 이러한 새로운 재료는 많은 분야에서 폭넓게 응용될 수 있습니다.
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출처
Zhi-Long Y at al. 2018 Bioinspired 폴리머 우드. 과학의 발전. 4(8).
https://doi.org/10.1126/sciadv.aat7223
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