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Un processo semplice ed economico ? in grado di rendere qualsiasi tipo di legno pi? resistente dell?acciaio, tanto da fermare anche un proiettile. Realizzato per competere con gli altri materiali da costruzione, sia per l'edilizia che per le automobili, il "superlegno" resiste anche all'umidit? ed ? perfino possibile farlo diventare trasparente.
Alcune variet? di legno, come la quercia e l'acero, sono rinomate per la loro forza. Ma secondo gli scienziati un nuovo processo, semplice e poco costoso, pu? trasformare qualsiasi tipo di legno in un materiale pi? resistente dell'acciaio, e addirittura di alcune leghe high-tech al titanio. Oltre a rappresentare una svolta per edifici e veicoli, il materiale in questione potrebbe anche essere usato per costruire blindature a prova di proiettile.
Il legno ? abbondante e relativamente economico: cresce letteralmente sugli alberi. E sebbene sia stato usato per millenni per costruire di tutto, dai mobili alle case a strutture ancora pi? grandi, raramente il legno non trattato pu? competere con i metalli usati in edilizia. Da tempo i ricercatori hanno cercato di aumentare la sua forza, soprattutto comprimendolo e "densificandolo", dice Liangbing Hu, esperto in scienza dei materiali all'Universit? del Maryland a College Park. Ma il legno densificato tende a indebolirsi e a tornare a dimensioni e forma originali, specialmente in condizioni di umidit?.
Ora, Hu e i suoi colleghi affermano di aver trovato un modo migliore per densificare il legno e lo hanno descritto su "Nature". Il loro semplice processo in due fasi inizia con la bollitura del legno in una soluzione di idrossido di sodio (NaOH) e solfito di sodio (Na2SO3), un trattamento chimico simile a quello usato per ottenere la pasta di legno con cui produrre la carta.
Questo passaggio rimuove in parte la lignina e l'emicellulosa (polimeri naturali che aiutano a irrigidire le pareti cellulari di una pianta), ma lascia intatta la cellulosa del legno (un altro polimero naturale), dice Hu.
La seconda fase ? semplice quasi quanto la prima: comprimere il legno trattato fino al collasso delle pareti cellulari, e poi mantenere la compressione mentre il legno ? scaldato delicatamente. Pressione e calore favoriscono la formazione di legami chimici tra un gran numero di atomi di idrogeno e di atomi nelle nanofibre di cellulosa adiacenti, rafforzando notevolmente il materiale.
I risultati sono impressionanti. Il legno compresso ottenuto ? tre volte pi? denso di quello non trattato, dice Hu, aggiungendo che la resistenza alla rottura aumenta di oltre dieci volte. Pu? anche diventare circa 50 volte pi? resistente alla compressione e quasi 20 volte pi? rigido. Il legno addensato ? anche pi? duro, pi? resistente a graffi e a urti. Pu? essere modellato in quasi tutte le forme. Un'altra caratteristica, forse ancora pi? importante, ? che il legno addensato ? resistente anche all'umidit?: in test di laboratorio, campioni compressi esposti a un'umidit? estrema per pi? di cinque giorni si sono gonfiati meno del 10 per cento e in test successivi, dice Hu, una semplice mano di vernice ha evitato il rigonfiamento.
Un compensato a cinque strati di legno densificato ha fermato proiettili simulati, e secondo Hu e colleghi questo risultato suggerisce la possibilit? di creare corazze a basso costo. Il materiale non ? altrettanto protettivo di un foglio in Kevlar dello stesso spessore, ma costa appena il cinque per cento del Kevlar, sottolinea il ricercatore.
I risultati del gruppo "sembrano aprire le porte a una nuova classe di materiali leggeri", dice Ping Liu, chimico dei materiali all'Universit? della California di San Diego, che non ha collaborato allo studio. Spesso i costruttori di veicoli hanno cercato di risparmiare sul peso passando dall'acciaio normale all'acciaio ad alta resistenza, alle leghe di alluminio o ai compositi in fibra di carbonio, ma questi materiali sono costosi, e i clienti "raramente recuperano quei soldi con il risparmio di carburante", dice Liu. Inoltre il legno addensato ha un'altra qualit? rispetto ai compositi in fibra di carbonio: non richiede adesivi costosi che possono rendere difficile, se non impossibile, riciclarne i componenti.
Il legno addensato offre nuove possibilit? per usi e progetti in cui il legno naturale ? troppo fragile, afferma Peter Fratzl, scienziato dei materiali al Max-Planck-Institut per i colloidi e le interfacce a Potsdam, in Germania, che non ha partecipato allo studio. Invece di creare un progetto sulla base del materiale disponibile, i ricercatori possono creare un materiale adatto al progetto che vogliono", dice, alludendo a un processo familiare tra gli ingegneri aerospaziali che hanno una lunga storia di sviluppo di leghe sempre pi? forti per soddisfare le loro esigenze.
Un ostacolo all'uso diffuso del legno densificato potrebbe essere la capacit? degli ingegneri di scalare e accelerare il processo, nota Liu. Hu e il suo gruppo hanno trascorso molte ore a preparare ogni lastra di legno addensato delle dimensioni di un libro usata nei test. Ma non ci sono ragioni pratiche per cui il processo non possa essere accelerato o impiegato per realizzare componenti pi? grandi, sostiene Hu.
Se Hu e il suo gruppo hanno cercato di migliorare la forza del legno, altri ricercatori hanno inseguito obiettivi pi? insoliti, come renderlo trasparente. Lars Berglund, in forza al KTH Royal Institute of Technology di Stoccolma, e colleghi hanno trovato un modo per creare vetrine di legno. Come in quello di Hu, il primo passo in questo processo ? rimuovere la lignina, una sostanza che non solo irrigidisce il legno, ma gli conferisce anche il suo colore brunastro. I ricercatori mettono poi il legno privo di lignina in infusione con un polimero chiamato metilmetacrilato (MMA), un materiale meglio conosciuto con nomi commerciali come Plexiglas e Lucite.
Poich? l'indice di rifrazione (una misura di quanto viene piegata la luce) dell'MMA corrisponde a quello del legno privo di lignina, i raggi di luce attraversano il materiale composito con MMA invece di rimbalzare all'interno delle cellule vuote. Questo rende il materiale molto trasparente. Berglund e il suo gruppo hanno descritto il loro risultato due anni fa su "Biomacromolecules". Per coincidenza, nello stesso periodo anche Hu e colleghi stavano sviluppando un metodo per rendere trasparente il legno.
Ricerche come quella di Hu e Berglund non possono che aggiungere prospettive straordinarie al futuro della scienza dei materiali. Un giorno non troppo lontano potremo vivere in una casa fatta quasi completamente con uno dei materiali da costruzione pi? abbondanti e versatili della Terra, dai pavimenti alle travi, dalle pareti alle finestre. E nel garage potrebbe esserci un'auto con il telaio e il paraurti in legno addensato invece che in che acciaio e plastica.
Alcune variet? di legno, come la quercia e l'acero, sono rinomate per la loro forza. Ma secondo gli scienziati un nuovo processo, semplice e poco costoso, pu? trasformare qualsiasi tipo di legno in un materiale pi? resistente dell'acciaio, e addirittura di alcune leghe high-tech al titanio. Oltre a rappresentare una svolta per edifici e veicoli, il materiale in questione potrebbe anche essere usato per costruire blindature a prova di proiettile.
Il legno ? abbondante e relativamente economico: cresce letteralmente sugli alberi. E sebbene sia stato usato per millenni per costruire di tutto, dai mobili alle case a strutture ancora pi? grandi, raramente il legno non trattato pu? competere con i metalli usati in edilizia. Da tempo i ricercatori hanno cercato di aumentare la sua forza, soprattutto comprimendolo e "densificandolo", dice Liangbing Hu, esperto in scienza dei materiali all'Universit? del Maryland a College Park. Ma il legno densificato tende a indebolirsi e a tornare a dimensioni e forma originali, specialmente in condizioni di umidit?.
Ora, Hu e i suoi colleghi affermano di aver trovato un modo migliore per densificare il legno e lo hanno descritto su "Nature". Il loro semplice processo in due fasi inizia con la bollitura del legno in una soluzione di idrossido di sodio (NaOH) e solfito di sodio (Na2SO3), un trattamento chimico simile a quello usato per ottenere la pasta di legno con cui produrre la carta.
Questo passaggio rimuove in parte la lignina e l'emicellulosa (polimeri naturali che aiutano a irrigidire le pareti cellulari di una pianta), ma lascia intatta la cellulosa del legno (un altro polimero naturale), dice Hu.
La seconda fase ? semplice quasi quanto la prima: comprimere il legno trattato fino al collasso delle pareti cellulari, e poi mantenere la compressione mentre il legno ? scaldato delicatamente. Pressione e calore favoriscono la formazione di legami chimici tra un gran numero di atomi di idrogeno e di atomi nelle nanofibre di cellulosa adiacenti, rafforzando notevolmente il materiale.
I risultati sono impressionanti. Il legno compresso ottenuto ? tre volte pi? denso di quello non trattato, dice Hu, aggiungendo che la resistenza alla rottura aumenta di oltre dieci volte. Pu? anche diventare circa 50 volte pi? resistente alla compressione e quasi 20 volte pi? rigido. Il legno addensato ? anche pi? duro, pi? resistente a graffi e a urti. Pu? essere modellato in quasi tutte le forme. Un'altra caratteristica, forse ancora pi? importante, ? che il legno addensato ? resistente anche all'umidit?: in test di laboratorio, campioni compressi esposti a un'umidit? estrema per pi? di cinque giorni si sono gonfiati meno del 10 per cento e in test successivi, dice Hu, una semplice mano di vernice ha evitato il rigonfiamento.
Un compensato a cinque strati di legno densificato ha fermato proiettili simulati, e secondo Hu e colleghi questo risultato suggerisce la possibilit? di creare corazze a basso costo. Il materiale non ? altrettanto protettivo di un foglio in Kevlar dello stesso spessore, ma costa appena il cinque per cento del Kevlar, sottolinea il ricercatore.
I risultati del gruppo "sembrano aprire le porte a una nuova classe di materiali leggeri", dice Ping Liu, chimico dei materiali all'Universit? della California di San Diego, che non ha collaborato allo studio. Spesso i costruttori di veicoli hanno cercato di risparmiare sul peso passando dall'acciaio normale all'acciaio ad alta resistenza, alle leghe di alluminio o ai compositi in fibra di carbonio, ma questi materiali sono costosi, e i clienti "raramente recuperano quei soldi con il risparmio di carburante", dice Liu. Inoltre il legno addensato ha un'altra qualit? rispetto ai compositi in fibra di carbonio: non richiede adesivi costosi che possono rendere difficile, se non impossibile, riciclarne i componenti.
Il legno addensato offre nuove possibilit? per usi e progetti in cui il legno naturale ? troppo fragile, afferma Peter Fratzl, scienziato dei materiali al Max-Planck-Institut per i colloidi e le interfacce a Potsdam, in Germania, che non ha partecipato allo studio. Invece di creare un progetto sulla base del materiale disponibile, i ricercatori possono creare un materiale adatto al progetto che vogliono", dice, alludendo a un processo familiare tra gli ingegneri aerospaziali che hanno una lunga storia di sviluppo di leghe sempre pi? forti per soddisfare le loro esigenze.
Un ostacolo all'uso diffuso del legno densificato potrebbe essere la capacit? degli ingegneri di scalare e accelerare il processo, nota Liu. Hu e il suo gruppo hanno trascorso molte ore a preparare ogni lastra di legno addensato delle dimensioni di un libro usata nei test. Ma non ci sono ragioni pratiche per cui il processo non possa essere accelerato o impiegato per realizzare componenti pi? grandi, sostiene Hu.
Se Hu e il suo gruppo hanno cercato di migliorare la forza del legno, altri ricercatori hanno inseguito obiettivi pi? insoliti, come renderlo trasparente. Lars Berglund, in forza al KTH Royal Institute of Technology di Stoccolma, e colleghi hanno trovato un modo per creare vetrine di legno. Come in quello di Hu, il primo passo in questo processo ? rimuovere la lignina, una sostanza che non solo irrigidisce il legno, ma gli conferisce anche il suo colore brunastro. I ricercatori mettono poi il legno privo di lignina in infusione con un polimero chiamato metilmetacrilato (MMA), un materiale meglio conosciuto con nomi commerciali come Plexiglas e Lucite.
Poich? l'indice di rifrazione (una misura di quanto viene piegata la luce) dell'MMA corrisponde a quello del legno privo di lignina, i raggi di luce attraversano il materiale composito con MMA invece di rimbalzare all'interno delle cellule vuote. Questo rende il materiale molto trasparente. Berglund e il suo gruppo hanno descritto il loro risultato due anni fa su "Biomacromolecules". Per coincidenza, nello stesso periodo anche Hu e colleghi stavano sviluppando un metodo per rendere trasparente il legno.
Ricerche come quella di Hu e Berglund non possono che aggiungere prospettive straordinarie al futuro della scienza dei materiali. Un giorno non troppo lontano potremo vivere in una casa fatta quasi completamente con uno dei materiali da costruzione pi? abbondanti e versatili della Terra, dai pavimenti alle travi, dalle pareti alle finestre. E nel garage potrebbe esserci un'auto con il telaio e il paraurti in legno addensato invece che in che acciaio e plastica.
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