प्राकृतिक काठ र धातु हजारौं वर्षदेखि मानिसका लागि आवश्यक निर्माण सामग्री रहेका छन्। हामीले प्लास्टिक भन्ने सिंथेटिक पोलिमरहरू २० औं शताब्दीमा विस्फोट भएको हालैको आविष्कार हो।
धातु र प्लास्टिक दुवैमा औद्योगिक र व्यावसायिक प्रयोगको लागि उपयुक्त गुणहरू छन्। धातुहरू बलियो, कठोर, र सामान्यतया हावा, पानी, ताप, र निरन्तर तनावको लागि लचिलो हुन्छन्। यद्यपि, तिनीहरूलाई आफ्ना उत्पादनहरू उत्पादन र परिष्कृत गर्न थप स्रोतहरू (जसको अर्थ बढी महँगो) पनि चाहिन्छ। प्लास्टिकले धातुको केही कार्यहरू प्रदान गर्दछ जबकि कम द्रव्यमान चाहिन्छ र उत्पादन गर्न धेरै सस्तो छ। तिनीहरूको गुणहरू लगभग कुनै पनि प्रयोगको लागि अनुकूलित गर्न सकिन्छ। यद्यपि, सस्तो व्यावसायिक प्लास्टिकले भयानक संरचनात्मक सामग्रीहरू बनाउँछ: प्लास्टिक उपकरणहरू राम्रो कुरा होइनन्, र कोही पनि प्लास्टिकको घरमा बस्न चाहँदैनन्। थप रूपमा, तिनीहरू प्रायः जीवाश्म इन्धनबाट परिष्कृत हुन्छन्।
केही प्रयोगहरूमा, प्राकृतिक काठले धातु र प्लास्टिकसँग प्रतिस्पर्धा गर्न सक्छ। धेरैजसो पारिवारिक घरहरू काठको फ्रेमिङमा बनाइएका हुन्छन्। समस्या यो हो कि प्राकृतिक काठ धेरै नरम हुन्छ र पानीले धेरैजसो समय प्लास्टिक र धातुलाई प्रतिस्थापन गर्न धेरै सजिलै बिग्रन्छ। म्याटर जर्नलमा प्रकाशित हालैको एउटा पेपरले यी सीमितताहरू पार गर्ने कडा काठको सामग्रीको सिर्जनाको अन्वेषण गर्दछ। यो अनुसन्धान काठको चक्कु र कीलहरूको सिर्जनामा परिणत भयो। काठको चक्कु कति राम्रो छ र के तपाईं यसलाई चाँडै प्रयोग गर्नुहुनेछ?
काठको रेशादार संरचनामा लगभग ५०% सेल्युलोज हुन्छ, जुन सैद्धान्तिक रूपमा राम्रो शक्ति गुणहरू भएको प्राकृतिक बहुलक हो। काठको संरचनाको बाँकी आधा भाग मुख्यतया लिग्निन र हेमिसेलुलोज हो। सेल्युलोजले लामो, कडा फाइबरहरू बनाउँछ जसले काठलाई यसको प्राकृतिक शक्तिको मेरुदण्ड प्रदान गर्दछ, हेमिसेलुलोजमा थोरै सुसंगत संरचना हुन्छ र यसरी काठको बलमा कुनै योगदान गर्दैन। लिग्निनले सेल्युलोज फाइबरहरू बीचको खाली ठाउँहरू भर्छ र जीवित काठको लागि उपयोगी कार्यहरू गर्दछ। तर काठलाई कम्प्याक्ट गर्ने र यसको सेल्युलोज फाइबरहरूलाई अझ कडा रूपमा बाँध्ने मानव उद्देश्यको लागि, लिग्निन बाधा बन्यो।
यस अध्ययनमा, प्राकृतिक काठलाई चार चरणमा कडा काठ (HW) मा बनाइएको थियो। पहिले, हेमिसेलुलोज र लिग्निनको केही भाग हटाउन काठलाई सोडियम हाइड्रोक्साइड र सोडियम सल्फेटमा उमालेर बनाइन्छ। यो रासायनिक उपचार पछि, कोठाको तापक्रममा धेरै घण्टासम्म प्रेसमा थिचेर काठ बाक्लो हुन्छ। यसले काठमा रहेको प्राकृतिक खाडल वा छिद्रहरूलाई कम गर्छ र छेउछाउका सेल्युलोज फाइबरहरू बीचको रासायनिक बन्धनलाई बढाउँछ। त्यसपछि, काठलाई १०५° सेल्सियस (२२१° फारेनहाइट) मा केही घण्टाको लागि दबाब दिइन्छ ताकि घनत्व पूरा होस्, र त्यसपछि सुकाइन्छ। अन्तमा, तयार उत्पादनलाई पानी प्रतिरोधी बनाउन काठलाई ४८ घण्टाको लागि खनिज तेलमा डुबाइन्छ।
संरचनात्मक सामग्रीको एउटा यान्त्रिक गुण इन्डेन्टेसन कठोरता हो, जुन बलद्वारा निचोड्दा विकृति प्रतिरोध गर्ने क्षमताको मापन हो।हीरा स्टील भन्दा कडा, सुन भन्दा कडा, काठ भन्दा कडा र प्याकिङ फोम भन्दा कडा हुन्छ।जस्तै जेमोलोजीमा प्रयोग हुने मोह्स कठोरता, कठोरता निर्धारण गर्न प्रयोग गरिने धेरै इन्जिनियरिङ परीक्षणहरू मध्ये, ब्रिनेल परीक्षण ती मध्ये एक हो।यसको अवधारणा सरल छ: कडा धातुको बल बेयरिङलाई निश्चित बलले परीक्षण सतहमा थिचिन्छ।बलले सिर्जना गरेको गोलाकार इन्डेन्टेसनको व्यास नाप्नुहोस्।ब्रिनेल कठोरता मान गणितीय सूत्र प्रयोग गरेर गणना गरिन्छ; मोटामोटी रूपमा भन्नुपर्दा, बलले हिर्काउँदा जति ठूलो प्वाल हुन्छ, सामग्री त्यति नै नरम हुन्छ।यस परीक्षणमा, HW प्राकृतिक काठ भन्दा २३ गुणा कडा हुन्छ।
धेरैजसो उपचार नगरिएको प्राकृतिक काठले पानी सोस्नेछ। यसले काठलाई विस्तार गर्न सक्छ र अन्ततः यसको संरचनात्मक गुणहरू नष्ट गर्न सक्छ। लेखकहरूले HW को पानी प्रतिरोध बढाउन दुई-दिनको खनिज सोक प्रयोग गरे, जसले गर्दा यसलाई थप हाइड्रोफोबिक ("पानीसँग डराउने") बनाइयो। हाइड्रोफोबिसिटी परीक्षणमा सतहमा पानीको थोपा राख्नु समावेश छ। सतह जति धेरै हाइड्रोफोबिक हुन्छ, पानीका थोपाहरू त्यति नै गोलाकार हुन्छन्। अर्कोतर्फ, हाइड्रोफिलिक ("पानी-मायालु") सतहले थोपाहरूलाई समतल फैलाउँछ (र पछि पानीलाई सजिलैसँग अवशोषित गर्दछ)। त्यसकारण, खनिज सोकले HW को हाइड्रोफोबिसिटीलाई उल्लेखनीय रूपमा बढाउँदैन, तर काठलाई ओसिलोपन अवशोषित गर्नबाट पनि रोक्छ।
केही इन्जिनियरिङ परीक्षणहरूमा, HW चक्कुहरूले धातुको चक्कुहरू भन्दा अलि राम्रो प्रदर्शन गरे। लेखकहरूको दाबी छ कि HW चक्कु व्यावसायिक रूपमा उपलब्ध चक्कु भन्दा लगभग तीन गुणा धारिलो हुन्छ। यद्यपि, यो रोचक नतिजामा एउटा चेतावनी छ। अनुसन्धानकर्ताहरूले टेबल चक्कुहरू, वा जसलाई हामी बटर चक्कु भन्न सक्छौं, तुलना गरिरहेका छन्। यी विशेष गरी तीखो हुनको लागि होइनन्। लेखकहरूले आफ्नो चक्कुले स्टेक काट्ने भिडियो देखाउँछन्, तर एक उचित रूपमा बलियो वयस्कले धातुको काँटाको सुस्त छेउले उही स्टेक काट्न सक्छ, र स्टेक चक्कुले धेरै राम्रो काम गर्नेछ।
नङहरूको बारेमा के हो? एउटा HW कीललाई सजिलैसँग तीनवटा फल्याकहरूको थुप्रोमा ठोक्न सकिन्छ, यद्यपि फलामको कीलको तुलनामा यो सापेक्षिक रूपमा सजिलो छ भन्ने कुरा त्यति विस्तृत छैन। त्यसपछि काठका खम्बाहरूले फलामका खम्बाहरू जस्तै कठोरताको साथ, तिनीहरूलाई च्यात्ने बलको प्रतिरोध गर्दै, फलामका खम्बाहरू जस्तै कडापनको साथ, फलामका खम्बाहरूलाई एकसाथ समात्न सक्छन्। यद्यपि, तिनीहरूको परीक्षणमा, दुवै अवस्थामा बोर्डहरू दुवै किलाहरू असफल हुनुभन्दा पहिले असफल भए, त्यसैले बलियो कीलहरू खुला भएनन्।
के HW नङहरू अन्य तरिकाले राम्रो हुन्छन्? काठका पेगहरू हलुका हुन्छन्, तर संरचनाको तौल मुख्यतया यसलाई एकसाथ राख्ने पेगहरूको भारले चल्दैन। काठका पेगहरूमा खिया लाग्दैन। यद्यपि, यो पानी वा जैविक विघटनको लागि अभेद्य हुनेछैन।
लेखकले प्राकृतिक काठभन्दा काठलाई बलियो बनाउने प्रक्रिया विकास गरेका छन् भन्ने कुरामा कुनै शंका छैन। यद्यपि, कुनै पनि विशेष कामको लागि हार्डवेयरको उपयोगिताको लागि थप अध्ययन आवश्यक छ। के यो प्लास्टिक जत्तिकै सस्तो र स्रोत-कम हुन सक्छ? के यसले बलियो, बढी आकर्षक, असीम रूपमा पुन: प्रयोग गर्न मिल्ने धातुका वस्तुहरूसँग प्रतिस्पर्धा गर्न सक्छ? उनीहरूको अनुसन्धानले रोचक प्रश्नहरू उठाउँछ। चलिरहेको इन्जिनियरिङ (र अन्ततः बजार) ले तिनीहरूको जवाफ दिनेछ।
पोस्ट समय: अप्रिल-१३-२०२२
