Wanasayansi wameunda mbao za bandia kutoka kwa resini za syntetisk ambazo wakati wa kuiga mbao asili huonyesha mali iliyoboreshwa kwa matumizi ya kazi nyingi.
Mbao ni kikaboni tishu zenye nyuzi zinazopatikana kwenye miti, vichaka na vichaka. Mbao inaweza kuitwa kama nyenzo muhimu zaidi na labda nyenzo nyingi zaidi sayari Dunia. Imetumika kwa maelfu ya miaka kwa madhumuni mengi na inajulikana sana kwa msongamano wake wa chini na nguvu nyingi. Muundo wa kipekee wa seli za anisotropiki (yaani sifa tofauti katika mwelekeo tofauti) wa kuni huipa sifa za ajabu za kimitambo na pia kuifanya iwe imara, ngumu lakini bado nyepesi na inayonyumbulika. Mbao ina nguvu ya juu ya kukandamiza na nguvu ya chini ya mkazo. Mbao ni rafiki wa mazingira na gharama, imara sana, hudumu na inadumu kwa muda mrefu na inaweza kutumika kwa kujenga kitu chochote kuanzia kutengeneza karatasi hadi kujenga nyumba.
Asili tayari imetupa vifaa vya kushangaza kama kuni. Bado kuna msukumo unaozunguka katika asili ili sisi kubuni na kutengeneza nyenzo za uhandisi wa kibayometriki zenye utendakazi wa juu, ambazo zinaweza 'kuiga' sifa za ajabu za nyenzo za kibayolojia ambazo tayari zinapatikana katika asili. Upekee wa kuni hutoka kwa muundo wake wa seli za anisotropic pamoja na msongamano mdogo na nguvu za juu. Katika siku za hivi majuzi wanasayansi wamejaribu kubuni nyenzo zinazozingatia dhana hii kwa nia ya kuiga sifa za mbao kama vile nguvu ya juu na uzani mwepesi. Walakini, tafiti nyingi zimesababisha matokeo yasiyoridhisha kwani nyenzo zilizoundwa zilikumbwa na dosari moja au nyingine. Bado ni changamoto kubwa kwa wahandisi kujenga bandia vifaa vya kuni. Hii ni ya umuhimu mkubwa kwa sababu inachukua miongo kadhaa kukuza kuni asilia na wakati na ufanisi ni kigezo dhabiti wakati wa kutafuta kutengeneza nyenzo sawa na kuni asilia.
Mbao iliyoongozwa na bio
Watafiti kutoka Chuo Kikuu cha Sayansi na Teknolojia cha China wamebuni mkakati wa riwaya wa utengenezaji wa polymeric bandia ya bioinspired. kuni kwa kiwango kikubwa. Nyenzo hii bandia ina muundo mdogo wa seli za mbao unaofanana na mbao, uwezo wa kudhibitiwa vizuri katika miundo midogo na inaweza kuonyesha sifa kama vile wepesi na nguvu ya juu zinazofanana na sifa za kiufundi za kuni asilia. Watafiti wanasema kuwa nyenzo hii mpya ina nguvu kama kuni asilia tofauti na miti mingine iliyotengenezwa iliyofanyiwa utafiti hadi sasa.
Mbao inayopatikana katika maumbile ina polima asilia inayoitwa lignin ambayo inawajibika kuifanya kuni kuwa na nguvu. Lignin huunganisha fuwele ndogo za selulosi pamoja katika muundo unaofanana na matundu ili kuunda nguvu ya juu. Watafiti walifikiria kuiga lignin kwa kutumia polima ya sintetiki inayoitwa resol ambayo ina sifa zinazofanana. Walibadilisha kwa ufanisi masalia yanayopatikana jadi (phenolic resin na melamine resin) kuwa mbao bandia kama nyenzo. Ubadilishaji ulifikiwa kwa kutumia kwanza sifa za kujikusanya za suluhu ya polima na kisha kwa kupitia themocuring. Ili kufikia mkusanyiko wa kibinafsi, resini za thermostat za kioevu ziligandishwa bila mwelekeo mmoja, kisha kutibiwa (zilizounganishwa au kupolimishwa) kwa joto la si zaidi ya digrii 200 Celsius. Mbao iliyoundwa iliyoundwa hupitisha muundo unaofanana na seli unaofanana kwa karibu ule wa kuni asilia. Baadaye, thermocuring - mchakato unaojumuisha mabadiliko ya kemikali ya joto (hapa, upolimishaji) katika resol - ulifanyika ili kuzalisha mbao za polymeric za bandia. Saizi ya pore na unene wa ukuta wa nyenzo kama hiyo inaweza kudhibitiwa kwa mikono. Si hivyo tu, fuwele ambazo resol hufanya pia zinaweza kubadilishwa kulingana na mahitaji ya aina ya kuni. Rangi inaweza pia kubadilishwa kwa kuongeza au kubadili fuwele ambazo hushikilia kusawazisha pamoja. Wakati kuni hii iliyobuniwa inakandamizwa, inaonyesha upinzani sawa na mwenzake wa asili. Mbinu iliyofafanuliwa katika utafiti pia inaweza kuitwa mkabala wa kijani kibichi wa kuandaa kuni bandia ambapo mboji ya nanomaterials kama nanofiber za selulosi na oksidi ya graphene inaweza kutumika.
Jambo la kufurahisha ni kwamba mbao za bandia zilizobuniwa huonyesha ukinzani bora wa kutu kwa maji na asidi ikilinganishwa na mbao asilia huku kukiwa hakuna kupungua kwa sifa zake za kiufundi. Hii ina maana kwamba mbao bandia zinaweza kustahimili hali mbaya ya hewa na zingeboreshwa katika kutoa ulinzi. Inaonyesha pia insulation bora ya mafuta na upinzani ulioboreshwa dhidi ya moto na haingeweza kuwaka moto kwa urahisi kama vile kuni asilia hufanya kwa sababu resol haizuii moto. Hii inaweza kuwa msaada kwa sekta kama vile viwanda na ujenzi hasa majengo ya makazi ambayo yanawaka moto yanapojengwa kwa kuni asilia. Nyenzo hiyo inafaa kwa mazingira magumu na magumu kwani imeimarishwa kabisa ikilinganishwa na kuni asilia. Ni ya kipekee inapolinganishwa na nyenzo za kawaida za uhandisi kama vile keramik za seli na erogeli kwa heshima na nguvu na sifa za insulation ya mafuta. Pia ni bora zaidi kuliko composites nyingi za mbao za plastiki kutokana na nguvu zake za juu. Mbao iliyobuniwa ina sifa nyingi sana ambazo hufanya iwe bora zaidi.
Mkakati wa riwaya ulioelezewa katika utafiti huu uliochapishwa katika Maendeleo ya sayansi hutoa njia mpya za kuunda na kusanikisha aina mbalimbali za nyenzo za uhandisi wa kibayometriki zenye utendakazi wa juu ambazo zitakuwa na faida kubwa dhidi ya wenzao wa jadi. Nyenzo hizo za riwaya zinaweza kutumika kwa upana katika nyanja nyingi.
***
{Unaweza kusoma karatasi asili ya utafiti kwa kubofya kiungo cha DOI kilichotolewa hapa chini katika orodha ya (vyanzo) vilivyotajwa}
Chanzo (s)
Zhi-Long Y kwa al. Miti ya polymeric ya 2018 ya Bioinspired. Maendeleo ya sayansi. 4 (8).
https://doi.org/10.1126/sciadv.aat7223
***
