Kayu dan logam alami telah menjadi bahan bangunan penting bagi manusia selama ribuan tahun. Polimer sintetis yang kita sebut plastik adalah penemuan baru yang meledak pada abad ke-20.
Baik logam maupun plastik memiliki sifat-sifat yang sangat cocok untuk penggunaan industri dan komersial. Logam bersifat kuat, kaku, dan umumnya tahan terhadap udara, air, panas, dan tekanan konstan. Namun, logam juga membutuhkan lebih banyak sumber daya (yang berarti lebih mahal) untuk memproduksi dan memurnikan produknya. Plastik menyediakan beberapa fungsi logam sekaligus membutuhkan massa yang lebih sedikit dan sangat murah untuk diproduksi. Sifat-sifatnya dapat disesuaikan untuk hampir semua penggunaan. Namun, plastik komersial yang murah merupakan bahan struktural yang buruk: peralatan plastik bukanlah hal yang baik, dan tidak ada seorang pun yang ingin tinggal di rumah plastik. Selain itu, plastik sering kali dimurnikan dari bahan bakar fosil.
Dalam beberapa aplikasi, kayu alami dapat bersaing dengan logam dan plastik. Sebagian besar rumah keluarga dibangun di atas rangka kayu. Masalahnya adalah kayu alami terlalu lunak dan mudah rusak oleh air untuk menggantikan plastik dan logam pada sebagian besar waktu. Sebuah makalah terbaru yang diterbitkan dalam jurnal Matter meneliti pembuatan material kayu keras yang mengatasi keterbatasan ini. Penelitian ini berpuncak pada pembuatan pisau dan paku kayu. Seberapa bagus pisau kayu dan apakah Anda akan menggunakannya dalam waktu dekat?
Struktur serat kayu terdiri dari sekitar 50% selulosa, polimer alami dengan sifat kekuatan yang secara teoritis baik. Setengah bagian struktur kayu yang tersisa sebagian besar adalah lignin dan hemiselulosa. Sementara selulosa membentuk serat yang panjang dan kuat yang menyediakan kayu dengan tulang punggung kekuatan alaminya, hemiselulosa memiliki sedikit struktur yang koheren dan dengan demikian tidak memberikan kontribusi apa pun terhadap kekuatan kayu. Lignin mengisi rongga di antara serat selulosa dan melakukan tugas yang berguna untuk kayu yang hidup. Namun, untuk tujuan manusia dalam memadatkan kayu dan mengikat serat selulosanya lebih erat, lignin menjadi penghalang.
Dalam penelitian ini, kayu alami dibuat menjadi kayu keras (HW) dalam empat langkah. Pertama, kayu direbus dalam natrium hidroksida dan natrium sulfat untuk menghilangkan sebagian hemiselulosa dan lignin. Setelah perlakuan kimia ini, kayu menjadi lebih padat dengan menekannya dalam mesin pres selama beberapa jam pada suhu ruangan. Hal ini mengurangi celah atau pori-pori alami dalam kayu dan meningkatkan ikatan kimia antara serat selulosa yang berdekatan. Selanjutnya, kayu diberi tekanan pada suhu 105° C (221° F) selama beberapa jam lagi untuk menyelesaikan pemadatan, lalu dikeringkan. Terakhir, kayu direndam dalam minyak mineral selama 48 jam untuk membuat produk jadi kedap air.
Salah satu sifat mekanis bahan struktural adalah kekerasan lekukan, yang merupakan ukuran kemampuannya untuk menahan deformasi saat ditekan dengan gaya. Berlian lebih keras dari baja, lebih keras dari emas, lebih keras dari kayu, dan lebih keras dari busa pengepakan. Di antara banyak uji rekayasa yang digunakan untuk menentukan kekerasan, seperti kekerasan Mohs yang digunakan dalam gemologi, uji Brinell adalah salah satunya. Konsepnya sederhana: bantalan bola logam keras ditekan ke permukaan uji dengan gaya tertentu. Ukur diameter lekukan melingkar yang dibuat oleh bola. Nilai kekerasan Brinell dihitung menggunakan rumus matematika; secara kasar, semakin besar lubang yang dipukul bola, semakin lunak bahan tersebut. Dalam pengujian ini, HW 23 kali lebih keras dari kayu alami.
Sebagian besar kayu alami yang tidak diolah akan menyerap air. Hal ini dapat mengembangkan kayu dan akhirnya menghancurkan sifat strukturalnya. Para penulis menggunakan perendaman mineral selama dua hari untuk meningkatkan ketahanan air HW, membuatnya lebih hidrofobik ("takut air"). Uji hidrofobisitas melibatkan penempatan setetes air di atas permukaan. Semakin hidrofobik permukaannya, semakin bulat tetesan airnya. Permukaan hidrofilik ("suka air"), di sisi lain, menyebarkan tetesan hingga rata (dan selanjutnya menyerap air dengan lebih mudah). Oleh karena itu, perendaman mineral tidak hanya meningkatkan hidrofobisitas HW secara signifikan, tetapi juga mencegah kayu menyerap kelembapan.
Dalam beberapa uji rekayasa, pisau HW berkinerja sedikit lebih baik daripada pisau logam. Penulis mengklaim bahwa pisau HW sekitar tiga kali lebih tajam daripada pisau yang tersedia secara komersial. Namun, ada peringatan untuk hasil yang menarik ini. Para peneliti membandingkan pisau meja, atau yang bisa kita sebut pisau mentega. Pisau ini tidak dirancang untuk menjadi sangat tajam. Penulis menunjukkan video pisau mereka memotong steak, tetapi orang dewasa yang cukup kuat mungkin dapat memotong steak yang sama dengan sisi tumpul dari garpu logam, dan pisau steak akan bekerja jauh lebih baik.
Bagaimana dengan paku? Satu paku HW tampaknya dapat dengan mudah dipalu ke tumpukan tiga papan, meskipun tidak sedetail kemudahannya dibandingkan dengan paku besi. Pasak kayu kemudian dapat menahan papan-papan itu bersama-sama, menahan gaya yang dapat merobeknya, dengan ketangguhan yang hampir sama dengan pasak besi. Akan tetapi, dalam pengujian mereka, papan-papan dalam kedua kasus itu rusak sebelum salah satu paku rusak, sehingga paku yang lebih kuat tidak terlihat.
Apakah paku HW lebih baik dalam hal lain?Pasak kayu lebih ringan, tetapi berat strukturnya tidak terutama ditentukan oleh massa pasak yang menyatukannya.Pasak kayu tidak akan berkarat.Akan tetapi, pasak tersebut tidak akan kedap air atau terurai secara biologis.
Tidak diragukan lagi bahwa penulis telah mengembangkan suatu proses untuk membuat kayu lebih kuat daripada kayu alami. Akan tetapi, kegunaan perangkat keras untuk pekerjaan tertentu memerlukan studi lebih lanjut. Dapatkah perangkat keras tersebut semurah dan sesedikit plastik? Dapatkah perangkat keras tersebut bersaing dengan benda logam yang lebih kuat, lebih menarik, dan dapat digunakan kembali tanpa batas? Penelitian mereka menimbulkan pertanyaan-pertanyaan menarik. Rekayasa yang sedang berlangsung (dan akhirnya pasar) akan menjawabnya.
Waktu posting: 13-Apr-2022
