Team udvikler en familie af bioinspirerede kunstige træsorter fra traditionelle harpikser

Naturen har givet inspirationen til design og fremstilling af højtydende biomimetiske ingeniørmaterialer. Træ, som har været brugt i tusinder af år, har fået stor opmærksomhed på grund af den lave tæthed og høje styrke. En unik anisotrop cellulær struktur giver træ enestående mekanisk ydeevne. I de seneste årtier har forskere har udviklet monolitiske materialer med anisotrope cellulære strukturer, der forsøger at efterligne træ. Imidlertid, disse rapporterede kunstige trælignende materialer lider af utilfredsstillende mekaniske egenskaber. Det er stadig en væsentlig udfordring at fremstille kunstige trælignende materialer med ægte træs lette og højstyrkeegenskaber.

For nylig, et forskerhold ledet af prof. YU Shuhong fra University of Science and Technology of China (USTC) har demonstreret en ny strategi for storstilet fremstilling af en familie af bioinspireret polymert træ med lignende polyphenolmatrixmaterialer, trælignende cellulære mikrostrukturer, fremstillet via en proces med selvsamling og termohærdning af traditionelle harpikser (phenolharpiks og melaminharpiks). Dette arbejde blev rapporteret i Videnskabens fremskridt i et papir med titlen "Bioinspired polymeric woods" den 10. august.

De flydende termohærdende harpikser blev først ensrettet frosset for at forberede en "grøn krop" med den cellulære struktur, efterfulgt af den efterfølgende termohærdning. Det resulterende kunstige træ har en tæt lighed med naturligt træ i mesoskala cellulære strukturer, og udviser høj kontrollerbarhed i porestørrelse og vægtykkelse. Drage fordel af den startende vandige opløsning, det repræsenterer også en grøn tilgang til fremstilling af multifunktionelt kunstigt træ ved at sammensætte forskellige nanomaterialer såsom cellulose nanofibre og grafenoxid.

De polymere og sammensatte træer viser lette og højstyrkeegenskaber, med mekanisk styrke, der kan sammenlignes med naturligt træ. I modsætning til naturligt træ, det kunstige træ udviser bedre korrosionsbestandighed over for vand og syre uden fald i mekaniske egenskaber, samt meget bedre termisk isolering og brandhæmning. De kunstige polymere træsorter skiller sig endda ud fra andre tekniske materialer såsom cellulære keramiske materialer og aerogeler med hensyn til specifik styrke og varmeisoleringsegenskaber. Som en slags biomimetisk ingeniørmateriale, denne nye familie af bioinspireret polymert træ kan erstatte naturligt træ til brug i barske miljøer.

Denne nye strategi giver et nyt og kraftfuldt middel til at fremstille og konstruere en bred vifte af højtydende biomimetiske kompositmaterialer med ønskværdig multifunktionalitet og fordele i forhold til traditionelle modparter. De vil sandsynligvis have brede anvendelser inden for mange tekniske områder.