Buzz
Phát minh mới này được xem là một giải pháp thay thế đầy triển vọng cho sắt thép trong nhiều ứng dụng quan trọng.
Các nhà khoa học Mỹ vừa công bố một bước đột phá trong nghiên cứu vật liệu khi phát triển thành công “siêu gỗ” (Superwood), một loại gỗ cải tiến có độ bền tương đương thép và nhôm, nhưng lại nhẹ hơn nhiều và thân thiện với môi trường hơn. Nghiên cứu này được thực hiện bởi nhóm khoa học thuộc Đại học Maryland, hứa hẹn tạo ra sự thay đổi mạnh mẽ trong ngành xây dựng, vận tải và hàng không vũ trụ.
Theo báo cáo từ Daily Galaxy, đặc điểm nổi bật của siêu gỗ là quy trình chế tạo đơn giản, không yêu cầu vật liệu quý hiếm hay công nghệ tốn kém năng lượng. Thay vì tạo ra vật liệu hoàn toàn mới, các nhà khoa học chỉ tập trung vào việc tái cấu trúc gỗ tự nhiên qua một quy trình hai bước.
Trong bước đầu, gỗ được xử lý bằng dung dịch hóa học gồm natri hydroxit và natri sunfit để loại bỏ một phần lignin và hemicellulose, hai thành phần hạn chế độ dẻo và bền của gỗ. Sau đó, vật liệu được ép nóng để nén cấu trúc tế bào và sắp xếp lại thành các lớp dày đặc hơn.
Kết quả là một loại vật liệu có tính cơ học vượt trội so với gỗ thông thường. Trong nghiên cứu được công nhận và công bố trên tạp chí Nature, nhóm tác giả cho biết siêu gỗ đạt độ bền nén trên 160 megapascals và độ bền uốn vượt qua 330 megapascals. Đặc biệt, độ bền kéo có thể tăng gấp năm lần so với gỗ tự nhiên. Đáng chú ý, gỗ sồi sau khi xử lý có độ bền kéo tăng từ khoảng 115 megapascals lên gần 584 megapascals.
Theo các nhà khoa học, sự cải thiện này là nhờ vào việc các sợi nano cellulose trong gỗ được ép sát lại, hình thành mạng lưới liên kết hydro dày đặc. Nhờ vậy, siêu gỗ không chỉ bền mà còn dẻo dai, hoạt động giống như các vật liệu composite kỹ thuật thay vì vật liệu tự nhiên truyền thống.
Ngoài độ bền vượt trội, siêu gỗ còn giải quyết nhiều khuyết điểm của gỗ tự nhiên, đặc biệt là khả năng chịu ẩm, chịu nhiệt và duy trì kích thước ổn định. Các thử nghiệm, được Bộ Nông nghiệp Mỹ hỗ trợ, cho thấy siêu gỗ ít giãn nở hơn đáng kể khi tiếp xúc với môi trường ẩm ướt. Sau hơn 120 giờ trong điều kiện độ ẩm 95%, vật liệu này vẫn duy trì được phần lớn đặc tính cơ học ban đầu.
Khả năng chống cháy của siêu gỗ cũng được cải thiện rõ rệt. Theo InventWood, công ty thương mại hóa công nghệ này, sản phẩm đạt tiêu chuẩn chống cháy loại A, mức cao nhất trong các quy chuẩn xây dựng hiện nay, ngang với nhiều vật liệu ít bắt lửa hơn gỗ tự nhiên.
Quy trình chế tạo siêu gỗ có thể áp dụng cho nhiều loại gỗ phổ biến và phát triển nhanh như thông, bạch dương hay tuyết tùng. Điều này tạo cơ hội tận dụng nguồn nguyên liệu địa phương, tái tạo, thay vì phải phụ thuộc vào kim loại khai thác hay vật liệu tổng hợp có lượng phát thải carbon cao.
Từ góc độ môi trường, tác động của công nghệ này là vô cùng lớn. Sản xuất thép hiện nay yêu cầu nhiệt độ rất cao và là một trong những nguồn phát thải carbon lớn nhất trên toàn cầu. Ngược lại, quy trình sản xuất siêu gỗ diễn ra ở nhiệt độ thấp hơn nhiều. Phân tích vòng đời từ nhóm nghiên cứu chỉ ra rằng khí thải carbon có thể giảm tới 90% so với sản xuất thép truyền thống.
Công nghệ siêu gỗ hiện đã vượt ra khỏi phòng thí nghiệm. InventWood, công ty sáng lập bởi giáo sư Liangbing Hu – đồng tác giả nghiên cứu – đang triển khai sản xuất thử nghiệm và hợp tác với các đối tác trong ngành xây dựng, vận tải và quốc phòng. Các ứng dụng tiềm năng của công nghệ này bao gồm tấm xây dựng nhẹ, linh kiện cho phương tiện, mô-đun đúc sẵn và cấu trúc bảo vệ.
Mặc dù khó có thể thay thế hoàn toàn thép trong tất cả các lĩnh vực, nhất là trong những môi trường có nhiệt độ cực cao hoặc yêu cầu độ chính xác đặc biệt, siêu gỗ vẫn được kỳ vọng là một giải pháp thay thế đầy triển vọng cho nhiều ứng dụng. Nếu được thương mại hóa thành công trên quy mô lớn, vật liệu này có thể giúp giảm sự phụ thuộc vào các vật liệu phát thải cao và định hình lại cách con người xây dựng trong tương lai.
