Байгалийн мод, металл нь хэдэн мянган жилийн турш хүн төрөлхтний хувьд зайлшгүй шаардлагатай барилгын материал байсаар ирсэн. Бидний хуванцар гэж нэрлэдэг синтетик полимерүүд бол 20-р зуунд дэлбэрэлт болсон саяхны бүтээл юм.
Металл болон хуванцар хоёулаа үйлдвэрийн болон арилжааны зориулалтаар ашиглахад тохиромжтой шинж чанартай байдаг. Металл нь бат бөх, хатуу бөгөөд ерөнхийдөө агаар, ус, дулаан, байнгын стрессд тэсвэртэй байдаг. Гэсэн хэдий ч тэдгээр нь бүтээгдэхүүнээ үйлдвэрлэх, цэвэршүүлэхэд илүү их нөөц шаарддаг (энэ нь илүү үнэтэй гэсэн үг). Хуванцар нь бага масс шаарддаг ч металлын зарим функцийг гүйцэтгэдэг бөгөөд үйлдвэрлэхэд маш хямд байдаг. Тэдний шинж чанарыг бараг ямар ч хэрэглээнд тохируулан өөрчилж болно. Гэсэн хэдий ч хямд арилжааны хуванцар нь аймшигтай бүтцийн материал болдог: хуванцар хэрэгсэл нь сайн зүйл биш бөгөөд хэн ч хуванцар байшинд амьдрахыг хүсдэггүй. Нэмж дурдахад тэдгээрийг ихэвчлэн чулуужсан түлшнээс цэвэршүүлдэг.
Зарим хэрэглээнд байгалийн мод нь металл болон хуванцартай өрсөлдөх чадвартай. Ихэнх айлын байшингууд модон хүрээ дээр баригдсан байдаг. Асуудал нь байгалийн мод нь хэтэрхий зөөлөн бөгөөд ихэнх тохиолдолд хуванцар болон металлыг орлоход усаар амархан гэмтдэгт оршино. Саяхан Matter сэтгүүлд нийтлэгдсэн нэгэн өгүүлэлд эдгээр хязгаарлалтыг даван туулсан хатуурсан модон материалыг бүтээх талаар судалсан болно. Энэхүү судалгааны үр дүнд модон хутга, хадаас бүтээгдсэн. Модон хутга хэр сайн бэ, та үүнийг удахгүй ашиглах уу?
Модны ширхэгт бүтэц нь ойролцоогоор 50% целлюлозоос бүрддэг бөгөөд энэ нь онолын хувьд сайн бат бөх шинж чанартай байгалийн полимер юм. Модон бүтцийн үлдсэн тал нь голчлон лигнин ба гемицеллюлоз юм. Целлюлоз нь модны байгалийн бат бөх чанарын гол тулгуур болох урт, хатуу ширхэгийг үүсгэдэг бол гемицеллюлоз нь уялдаа холбоо багатай тул модны бат бөх чанарт ямар ч хувь нэмэр оруулдаггүй. Лигнин нь целлюлозын ширхэгүүдийн хоорондох хоосон зайг дүүргэж, амьд модны хувьд ашигтай үүрэг гүйцэтгэдэг. Гэвч хүмүүсийн модыг нягтруулж, целлюлозын ширхэгүүдийг хооронд нь илүү нягт холбох зорилгоор лигнин нь саад болж байв.
Энэхүү судалгаанд байгалийн модыг дөрвөн үе шаттайгаар хатуурсан мод (HW) болгон хийсэн. Нэгдүгээрт, модыг натрийн гидроксид болон натрийн сульфатад буцалгаж, гемицеллюлоз болон лигнинийг зайлуулдаг. Энэхүү химийн боловсруулалтын дараа өрөөний температурт хэдэн цагийн турш шахагчаар дарснаар мод илүү нягт болдог. Энэ нь модны байгалийн цоорхой буюу нүх сүвийг багасгаж, зэргэлдээ целлюлозын ширхэгүүдийн хоорондох химийн холбоог сайжруулдаг. Дараа нь модыг нягтруулахын тулд 105°C (221° F) температурт хэдэн цагийн турш даралттай байлгаж, дараа нь хатаана. Эцэст нь эцсийн бүтээгдэхүүнийг ус нэвтэрдэггүй болгохын тулд модыг 48 цагийн турш эрдэс тосонд дүрнэ.
Бүтцийн материалын нэг механик шинж чанар нь хонхорхойн хатуулаг бөгөөд энэ нь хүчээр шахагдах үед деформацийг эсэргүүцэх чадварыг хэмждэг. Алмаз нь гангаас хатуу, алтнаас хатуу, модноос хатуу, савлах хөөснөөс хатуу байдаг. Эрдэнийн чулуу судлалд ашигладаг Мохсын хатуулаг гэх мэт хатуулгийг тодорхойлоход ашигладаг олон инженерийн туршилтуудын дунд Бринеллийн туршилт нь тэдгээрийн нэг юм. Үүний ойлголт нь энгийн: хатуу металл бөмбөлөг холхивчийг туршилтын гадаргуу дээр тодорхой хүчээр дардаг. Бөмбөгний үүсгэсэн дугуй хонхорхойн диаметрийг хэмжинэ. Бринеллийн хатуулгийн утгыг математикийн томъёогоор тооцоолно; ойролцоогоор хэлэхэд бөмбөг цохих нүх том байх тусам материал нь зөөлөн болно. Энэ туршилтад HW нь байгалийн модноос 23 дахин хатуу байдаг.
Боловсруулаагүй байгалийн модны ихэнх нь усыг шингээдэг. Энэ нь модыг тэлж, эцэст нь бүтцийн шинж чанарыг нь устгаж болзошгүй. Зохиогчид HW-ийн усны эсэргүүцлийг нэмэгдүүлэхийн тулд хоёр өдрийн эрдэс дэвтээлтийг ашигласан бөгөөд энэ нь илүү гидрофобик ("уснаас айдаг") болгодог. Гидрофобикийн тест нь гадаргуу дээр дусал ус байрлуулахыг хэлнэ. Гадаргуу нь илүү гидрофобик байх тусам усны дуслууд бөмбөрцөг хэлбэртэй болдог. Нөгөөтэйгүүр, гидрофиль ("усанд дуртай") гадаргуу нь дуслыг хавтгай тараадаг (улмаар усыг илүү амархан шингээдэг). Тиймээс эрдэс дэвтээлт нь HW-ийн гидрофобик чанарыг мэдэгдэхүйц нэмэгдүүлээд зогсохгүй модыг чийг шингээхээс сэргийлдэг.
Зарим инженерийн туршилтаар өндөр хурдны хутга нь металл хутганаас арай илүү сайн ажилласан. Зохиогчид өндөр хурдны хутга нь худалдаанд байгаа хутганаас гурав дахин хурц гэж мэдэгджээ. Гэсэн хэдий ч энэхүү сонирхолтой үр дүнд нэг анхааруулга байна. Судлаачид ширээний хутга буюу бидний цөцгийн тосны хутга гэж нэрлэж болох зүйлийг харьцуулж байна. Эдгээр нь тийм ч хурц байхаар зориулагдаагүй. Зохиогчид хутгаа стейк хэрчиж байгаа бичлэгээ үзүүлсэн боловч харьцангуй хүчтэй насанд хүрсэн хүн металл сэрээний мохоо талтай ижил стейкийг хэрчиж болох бөгөөд стейкний хутга илүү сайн ажиллах болно.
Хадаасны талаар юу хэлэх вэ? Нэг өндөр бат бэхтэй хадаас гурван банзны овоолгод амархан алхаар хадагддаг боловч төмөр хадаастай харьцуулахад харьцангуй хялбар тул тийм ч нарийн биш юм. Модон хадааснууд нь банзнуудыг хооронд нь барьж, тэдгээрийг салгаж авах хүчийг эсэргүүцэж, төмөр хадаастай адил бат бөх чанартай байдаг. Гэсэн хэдий ч туршилтаар хоёр тохиолдолд аль ч хадаас эвдэрснээс өмнө банзнууд эвдэрсэн тул илүү бат бөх хадааснууд ил гараагүй.
Өндөр бат бэх хадаас өөр аргаар илүү сайн уу? Модон хадаас нь хөнгөн боловч бүтцийн жин нь голчлон түүнийг холбодог хадааснуудын массаас хамаардаггүй. Модон хадаас нь зэврэхгүй. Гэсэн хэдий ч ус нэвтэрдэггүй эсвэл био задралд ордоггүй.
Зохиогч байгалийн модноос илүү бат бөх мод хийх процесс боловсруулсан гэдэгт эргэлзэх зүйл алга. Гэсэн хэдий ч аливаа тодорхой ажилд техник хангамжийн ашиг тусыг цаашид судлах шаардлагатай. Энэ нь хуванцар шиг хямд бөгөөд нөөц багатай байж чадах уу? Илүү бат бөх, илүү сэтгэл татам, хязгааргүй дахин ашиглах боломжтой металл эд зүйлстэй өрсөлдөж чадах уу? Тэдний судалгаа сонирхолтой асуултуудыг бий болгож байна. Үргэлжилж буй инженерчлэл (эцэст нь зах зээл) эдгээр асуултанд хариулах болно.
Нийтэлсэн цаг: 2022 оны 4-р сарын 13
