Kayu dan logam alami telah menjadi bahan bangunan penting bagi manusia selama ribuan tahun. Polimer sintetik yang kita sebut plastik adalah penemuan terbaru yang meledak pada abad ke-20.
Baik logam maupun plastik memiliki sifat yang cocok untuk penggunaan industri dan komersial. Logam kuat, kaku, dan umumnya tahan terhadap udara, air, panas, dan tekanan konstan. Namun, logam juga memerlukan lebih banyak sumber daya (yang berarti lebih mahal) untuk membuatnya. memproduksi dan menyempurnakan produk mereka. Plastik mempunyai beberapa fungsi seperti logam, namun memerlukan massa yang lebih sedikit dan biaya produksinya sangat murah. Sifatnya dapat disesuaikan untuk hampir semua penggunaan. Namun, plastik komersial yang murah menghasilkan bahan struktural yang buruk: peralatan plastik bukanlah bahan yang buruk. hal yang baik, dan tidak ada seorang pun yang mau tinggal di rumah plastik. Selain itu, rumah tersebut sering kali disuling dari bahan bakar fosil.
Dalam beberapa penerapan, kayu alami dapat bersaing dengan logam dan plastik. Sebagian besar rumah keluarga dibangun dengan rangka kayu. Masalahnya adalah kayu alami terlalu lunak dan mudah rusak oleh air sehingga sering kali menggantikan plastik dan logam. Makalah terbaru diterbitkan dalam jurnal Matter mengeksplorasi penciptaan bahan kayu keras yang mengatasi keterbatasan tersebut. Penelitian ini berpuncak pada pembuatan pisau dan paku kayu. Seberapa bagus pisau kayu tersebut dan apakah Anda akan menggunakannya dalam waktu dekat?
Struktur berserat kayu terdiri dari sekitar 50% selulosa, polimer alami dengan sifat kekuatan yang baik secara teori. Separuh sisa struktur kayu sebagian besar terdiri dari lignin dan hemiselulosa. Sedangkan selulosa membentuk serat panjang dan keras yang memberi kayu tulang punggung alaminya. Karena itu, hemiselulosa hanya memiliki sedikit struktur koheren sehingga tidak memberikan kontribusi apa pun terhadap kekuatan kayu. Lignin mengisi kekosongan di antara serat selulosa dan melakukan tugas yang berguna untuk kayu hidup. Namun untuk tujuan manusia memadatkan kayu dan mengikat serat selulosanya lebih erat, lignin menjadi sebuah penghalang.
Dalam penelitian ini, kayu alam dibuat menjadi kayu keras (HW) melalui empat tahap. Pertama, kayu direbus dalam natrium hidroksida dan natrium sulfat untuk menghilangkan sebagian hemiselulosa dan lignin. Setelah perlakuan kimia ini, kayu menjadi lebih padat dengan cara ditekan. ditekan selama beberapa jam pada suhu kamar. Hal ini mengurangi celah atau pori-pori alami pada kayu dan meningkatkan ikatan kimia antara serat selulosa yang berdekatan. Selanjutnya, kayu diberi tekanan pada 105° C (221° F) selama beberapa jam lagi. jam hingga pemadatan sempurna, lalu dikeringkan. Terakhir, kayu direndam dalam minyak mineral selama 48 jam agar produk jadi kedap air.
Salah satu sifat mekanik suatu material struktur adalah kekerasan lekukan, yang merupakan ukuran kemampuannya menahan deformasi ketika 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 teknik pengujian 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 lingkaran lekukan yang diciptakan oleh bola. Nilai kekerasan Brinell dihitung menggunakan rumus matematika; secara kasar, semakin besar lubang yang ditembus bola, semakin lembut bahannya. Dalam pengujian ini, HW 23 kali lebih keras dari kayu alami.
Sebagian besar kayu alami yang tidak diolah akan menyerap air. Hal ini dapat membuat kayu mengembang dan pada akhirnya merusak sifat strukturalnya. Para penulis menggunakan perendaman mineral selama dua hari untuk meningkatkan ketahanan HW terhadap air, sehingga membuatnya lebih hidrofobik (“takut air”). Uji hidrofobisitas melibatkan penempatan setetes air pada suatu permukaan. Semakin hidrofobik suatu permukaan, semakin bulat tetesan air tersebut. Sebaliknya, permukaan hidrofilik (“menyukai air”) menyebarkan tetesan tersebut hingga mendatar (dan selanjutnya lebih mudah menyerap air).Oleh karena itu, perendaman mineral tidak hanya meningkatkan hidrofobisitas HW secara signifikan, tetapi juga mencegah kayu menyerap kelembapan.
Dalam beberapa pengujian teknik, kinerja pisau HW sedikit lebih baik daripada pisau logam. Penulis mengklaim bahwa pisau HW sekitar tiga kali lebih tajam dari pisau yang tersedia secara komersial. Namun, ada peringatan terhadap hasil yang menarik ini. Para peneliti membandingkan pisau meja, atau yang kita sebut pisau mentega. Pisau ini tidak dimaksudkan untuk menjadi sangat tajam. Penulis menunjukkan video pisau mereka memotong steak, tetapi orang dewasa yang cukup kuat mungkin bisa memotong steak yang sama dengan sisi garpu logam yang tumpul, dan pisau steak akan bekerja lebih baik.
Bagaimana dengan pakunya? Satu paku HW tampaknya dapat dengan mudah dipalu menjadi tumpukan tiga papan, meskipun tidak sedetail itu karena relatif mudah dibandingkan dengan paku besi. Pasak kayu kemudian dapat menyatukan papan-papan tersebut, menahan gaya yang dapat merobeknya. keduanya terpisah, dengan ketangguhan yang hampir sama dengan pasak besi. Namun, dalam pengujian mereka, papan dalam kedua kasus tersebut gagal sebelum salah satu pakunya patah, sehingga paku yang lebih kuat tidak terlihat.
Apakah paku HW lebih baik dalam hal lain?Pasak kayu lebih ringan, namun berat strukturnya tidak terutama dipengaruhi oleh massa pasak yang menyatukannya.Pasak kayu tidak akan berkarat.Namun, tidak tahan terhadap air atau air. terurai secara hayati.
Tidak ada keraguan bahwa penulis telah mengembangkan proses untuk membuat kayu lebih kuat dari kayu alami. Namun, kegunaan perangkat keras untuk pekerjaan tertentu memerlukan studi lebih lanjut. Apakah perangkat keras tersebut bisa semurah dan hemat sumber daya seperti plastik? Bisakah perangkat keras tersebut bersaing dengan bahan yang lebih kuat? , benda logam yang lebih menarik dan dapat digunakan kembali tanpa batas waktu? Penelitian mereka menimbulkan pertanyaan menarik. Teknik yang sedang berlangsung (dan pada akhirnya pasar) akan menjawabnya.
Waktu posting: 13 April-2022
