Gỗ 'bọt biển bền' hoạt động như cảm biến màu xanh lá cây của biến dạng cơ học

Anonim

Nổi bật chỉ là sự cân bằng giữa sự mềm mại và sức mạnh, gỗ balsa là một vật liệu lựa chọn để chế tác bất cứ thứ gì từ máy bay mô hình cho đến tuabin gió cỡ lớn. Các nhà khoa học ở Hoa Kỳ và Trung Quốc đã mở ra một lĩnh vực mới về khả năng balsa bằng cách chiếm đoạt cấu trúc tự nhiên của nó bằng các phương pháp hóa học và vật lý để biến nó thành một "miếng bọt biển carbon gỗ" có khả năng chịu được nén lặp lại và các điều kiện cơ học khắc nghiệt khác. Công việc của họ xuất hiện ngày 1 tháng 3 trên tạp chí Chem.

"Kết quả của chúng tôi cho thấy balsa cứng và không nén được có thể được nén cao bằng xử lý hóa học và quá trình cacbon hóa, tạo ra một miếng xốp carbon bằng gỗ với khả năng nén cơ học và khả năng chống mỏi và độ nhạy phản ứng điện vượt trội so với các vật liệu cacbonat nén được báo cáo". tác giả cao cấp Liangbing Hu, một nhà khoa học và kỹ sư vật liệu nano tại Đại học Maryland, Trường Kỹ thuật A. James Clark của trường Cao đẳng Park (UMD). “Vì miếng xốp carbon gỗ này được chế tạo hoàn toàn từ gỗ tự nhiên với phương pháp đơn giản và hiệu quả, nguồn nguyên liệu cũng có thể tái tạo và bền vững một cách đặc biệt, trái ngược với các tùy chọn phổ biến như ống nano cacbon hoặc graphene”.

Các tác giả đã đạt được cấu trúc uốn cong nhưng đàn hồi của miếng bọt biển bằng gỗ bằng cách sử dụng các hóa chất thông thường để phá hủy các sợi hemicellulose và lignin cứng duy trì cấu trúc tế bào thông thường của gỗ balsa và sau đó làm nóng gỗ đã xử lý đến 1.000 ° C để biến vật liệu hữu cơ thành carbon một mình. Hiệu ứng ròng của quá trình này là thu gọn các túi hình chữ nhật, lặp lại, thông thường của vi cấu trúc của balsa và các loại rừng khác và thay thế chúng bằng một chồng các tấm carbon lượn sóng, lồng vào nhau, giống như Hu mùa xuân cuộn và một tổ ong.

Trong khi gỗ cacbonat thông thường chỉ thu được từ bước gia nhiệt mà không có bất kỳ sự thay đổi hóa học nào, thì rất mỏng manh khi bất kỳ lực tác dụng hợp lý nào nghiền nát nó thành tro và bụi, miếng xốp carbon gỗ chịu đựng và hồi phục từ nén đáng kể cho tới 10.000 thử nghiệm liên tiếp trước khi biến dạng Hiệu suất như vậy ban đầu gây ngạc nhiên cho nhóm nghiên cứu, đứng đầu là Teng Li, kỹ sư cơ khí tại Đại học Maryland, College Park và Jia Xie, kỹ sư điện tại Đại học Khoa học và Công nghệ Huazhong (Trung Quốc).

Sau khi tiến hành các thử nghiệm cơ học và điện trên miếng bọt biển, các nhà nghiên cứu đã có thể kết hợp một phần của nó vào một nguyên mẫu cảm biến biến dạng phù hợp để gắn vào ngón tay người, một chất lượng mong muốn để sử dụng trong thể dục thể thao hoặc thiết bị điện tử theo dõi sức khỏe.

Các nhà nghiên cứu tin rằng vật liệu xốp carbon gỗ cũng có thể được kết hợp vào các thiết bị lọc nước và các công nghệ lưu trữ năng lượng và hội thoại, chẳng hạn như siêu tụ điện và pin sạc. "Các ứng dụng phong phú minh họa giá trị của một chiến lược khám phá tiềm năng tiềm ẩn của vật liệu tự nhiên, chẳng hạn như cây cối, bằng cách lấy cảm hứng từ các cấu trúc và nguồn tự nhiên khác", Hu nói.

menu
menu