Найгостріші ножі виготовляються зі сталі або кераміки, що є штучними матеріалами, які необхідно виковувати в печах при екстремальних температурах. Тепер дослідники розробили потенційно більш екологічний спосіб виготовлення гострих ножів: використовувати загартовану деревину. Метод, представлений в журналі Matter, робить дерево в 23 рази тверіше, а ніж, зроблений з цього матеріалу, майже в три рази гостріше, ніж обідній стіл з нержавіючої сталі.
«Ніж легко прорізає стейк середнього ступеня прожарки, він порівняємо за характеристиками зі звичайним столовим ножем», - говорить Тен Лі, старший автор дослідження і вчений-матеріалознавець з Університету Меріленду. Після цього ніж із загартованої деревини можна мити і використовувати повторно, що робить його багатообіцяючою альтернативою сталевим, керамічним і одноразовим пластиковим ножам.
Тен Лі і його команда також продемонстрували, що з їх матеріалу можна виробляти дерев'яні цвяхи, такі ж гострі і міцні, як і звичайні сталеві цвяхи. На відміну від сталевих цвяхів, розроблені командою дерев'яні цвяхи стійкі до корозії. Дослідники показали, що за допомогою цих дерев'яних цвяхів можна сколотити три дошки, не пошкодивши цвях. Крім ножів і цвяхів, у майбутньому з цього матеріалу можна буде зробити паркетні підлоги, більш стійкі до подряпин і зносу.
Хоча метод для виробництва загартованої деревини є новим, обробка деревини в цілому існує вже багато століть. Однак, коли деревина готується для виготовлення меблів або будівельних матеріалів, вона обробляється тільки пором і стисненням, і матеріал дещо деформується після формування. «Коли ви дивитеся навколо на тверді матеріали, які ви використовуєте у своєму повсякденному житті, ви бачите, що багато з них є штучними матеріалами, тому що натуральні матеріали не обов'язково задовольнять те, що вам потрібно», - говорить Тен Лі.
«Целюлоза, основний компонент деревини, має більш високе відношення міцності до щільності, ніж більшість матеріалів, таких як кераміка, метали і полімери, але наше нинішнє використання деревини навряд чи повністю розкриває її потенціал», - говорить він. Незважаючи на те, що його часто використовують у будівництві, міцність дерева поступається міцності целюлози. Це пов'язано з тим, що деревина складається тільки з 40-50% целюлози, а інша частина складається з геміцелюлози і лігніну, який діє як зв'язкове.
Вчені прагнули обробити деревину таким чином, щоб видалити слабші компоненти, не руйнуючи при цьому целюлозний каркас. «Це двоетапний процес», - каже Тен Лі. "На першому етапі ми частково делігніфікуємо деревину. Як правило, деревина дуже жорстка, але після видалення лігніна вона стає м'якою, гнучкою і дещо крихкою. На другому етапі ми виконуємо гаряче пресування, прикладаючи тиск і нагрів хімічно обробленої деревини для ущільнення і видалення води ".
Використовуючи мікроскопію високої роздільної здатності, вчені досліджували мікроструктуру затверділої деревини, щоб визначити джерело її міцності. «Міцність шматка матеріалу дуже чутлива до розміру і щільності дефектів, таких як порожнечі, канали або порожнини», - говорить Тен Лі. «Двоетапний процес, який ми використовуємо для обробки натуральної деревини, значно зменшує або усуває дефекти натуральної деревини, тому ці канали для транспортування води або інших поживних речовин у дереві майже зникли».
Цей процес загартування деревини може бути більш енергоефективним і мати менший вплив на навколишнє середовище, ніж при виробництві інших штучних матеріалів, хоча для впевненості необхідний більш глибокий аналіз. Перший крок вимагає кип'ятіння деревини при 100 ° C у ванні з хімікатами, які потенційно можуть бути повторно використані від партії до партії. Для порівняння, процес виготовлення кераміки вимагає нагрівання матеріалів до декількох тисяч градусів Цельсія.
Дослідження було опубліковано в журналі Matter.