Канадские ученые создали древесный биоуголь, который оказался прочным как сталь
Исследователи из Университета Торонто разработали биоуглеродный материал на основе древесины, который соответствует прочности низкоуглеродистой стали. Это открывает новые возможности для устойчивых углеродных материалов в хранении энергии, фильтрации и структурных применениях. Прорыв демонстрирует, как сохранение естественной архитектуры древесины может создавать сверхпрочные углеродные материалы.
Команда под руководством профессора Чарльза Цзя из Лаборатории зеленых технологий проанализировала биоуголь, изготовленный из семи пород древесины, включая клен, сосну, бамбук и африканское железное дерево. Нагревая образцы при температуре от 600⁰C до 1000⁰C, они обнаружили, что биоуголь из африканского железного дерева достиг осевой твердости 2,25 гигапаскалей, что сравнимо с низкоуглеродистой сталью.
Используя передовые методы микро- и наноиндентирования, исследователи обнаружили, что необычная анизотропия происходит из иерархической сети пор древесины, а не из самого углерода. На наномасштабе все образцы продемонстрировали поразительно однородную твердость, что позволяет предположить, что внутренние свойства клеточных стенок остаются постоянными независимо от породы.
Исследование выявило сильные корреляции между твердостью, объемной плотностью и содержанием углерода. Более плотный биоуголь с высокими фракциями углерода более эффективно сопротивлялся деформации, обеспечивая количественную основу для настройки характеристик материала путем выбора сырья и условий обработки.
«Эти результаты показывают, что биоуголь — это не просто экологический материал, это конструкционный материал, — рассказал профессор Чарльз Цзя. — Сохраняя естественную архитектуру древесины, мы можем разрабатывать устойчивые углеродные материалы с целевыми механическими свойствами, подходящими для конкретных промышленных применений».
Потенциальные области применения включают высокопрочные электроды для устройств хранения энергии, легкие углеродные композиты и фильтры направленного потока для экологических систем. Возможность тонкой настройки механической анизотропии может позволить инженерам согласовывать дизайн материала с эксплуатационными требованиями, такими как прочность вдоль одной оси или гибкость в другой.
