Kai sareng logam alami parantos janten bahan wangunan anu penting pikeun manusa salami rébuan taun. Polimer sintétis anu urang sebut plastik mangrupikeun panemuan anyar anu ngabeledug dina abad ka-20.
Logam sareng plastik gaduh sipat anu cocog pikeun panggunaan industri sareng komérsial. Logam kuat, kaku, sareng umumna tahan kana hawa, cai, panas, sareng setrés anu konstan. Nanging, éta ogé meryogikeun langkung seueur sumber daya (anu hartosna langkung mahal) pikeun ngahasilkeun sareng nyaring produkna. Plastik nyayogikeun sababaraha fungsi logam bari meryogikeun massa anu langkung sakedik sareng murah pisan pikeun diproduksi. Sipatna tiasa disaluyukeun pikeun ampir sadaya panggunaan. Nanging, plastik komérsial anu murah ngadamel bahan struktural anu goréng: alat-alat plastik sanés hal anu saé, sareng teu aya anu hoyong cicing di bumi plastik. Salaku tambahan, éta sering dimurnikeun tina bahan bakar fosil.
Dina sababaraha aplikasi, kai alami tiasa bersaing sareng logam sareng plastik. Kaseueuran bumi kulawarga diwangun dina pigura kai. Masalahna nyaéta kai alami lemes teuing sareng gampang ruksak ku cai pikeun ngagentos plastik sareng logam dina kalolobaan waktos. Makalah anu nembe diterbitkeun dina jurnal Matter ngajalajah nyiptakeun bahan kai anu dikeraskeun anu ngatasi watesan ieu. Panalungtikan ieu ngahontal puncakna dina nyiptakeun péso sareng paku kai. Sabaraha saéna péso kai sareng anjeun bakal nganggo éta dina waktos anu caket?
Struktur serat kai diwangun ku kira-kira 50% selulosa, polimér alami anu sacara téoritis mibanda sipat kakuatan anu saé. Satengah sésana tina struktur kai utamina lignin sareng hemiselulosa. Sanaos selulosa ngabentuk serat anu panjang sareng tangguh anu nyayogikeun kai kalayan tulang tonggong kakuatan alami na, hemiselulosa ngagaduhan struktur anu sakedik koheren sahingga henteu nyumbang kana kakuatan kai. Lignin ngeusian rohangan antara serat selulosa sareng ngalaksanakeun tugas anu mangpaat pikeun kai hirup. Tapi pikeun tujuan manusa pikeun ngapadatkan kai sareng ngabeungkeut serat selulosa na langkung pageuh, lignin janten halangan.
Dina ieu panilitian, kai alami dijadikeun kai anu dikeraskeun (HW) dina opat léngkah. Mimitina, kai dikulub dina natrium hidroksida sareng natrium sulfat pikeun miceun sababaraha hemiselulosa sareng lignin. Saatos perlakuan kimiawi ieu, kai janten langkung padet ku cara mencétna dina mesin pres salami sababaraha jam dina suhu kamar. Ieu ngirangan celah alami atanapi pori-pori dina kai sareng ningkatkeun beungkeutan kimiawi antara serat selulosa anu padeukeut. Salajengna, kai diteken dina suhu 105° C (221° F) salami sababaraha jam deui pikeun ngalengkepan densifikasi, teras dikeringkeun. Pamungkas, kai dicelupkeun kana minyak mineral salami 48 jam pikeun ngajantenkeun produk réngsé tahan cai.
Salah sahiji sipat mékanis bahan struktural nyaéta karasana indéntasi, nyaéta ukuran kamampuanana pikeun nolak deformasi nalika dipencet ku gaya. Inten leuwih teuas tibatan baja, leuwih teuas tibatan emas, leuwih teuas tibatan kai, sareng leuwih teuas tibatan busa pengepakan. Di antara seueur tés rékayasa anu dianggo pikeun nangtukeun karasana, sapertos karasana Mohs anu dianggo dina gemologi, tés Brinell mangrupikeun salah sahijina. Konsépna saderhana: bantalan bal logam teuas dipencet kana permukaan tés ku gaya anu tangtu. Ukur diaméter indéntasi bunderan anu didamel ku bal. Nilai karasana Brinell diitung nganggo rumus matematika; sacara kasar, beuki ageung liang anu dihantam bal, beuki lemes bahanna. Dina tés ieu, HW 23 kali langkung teuas tibatan kai alami.
Kaseueuran kai alami anu teu diolah bakal nyerep cai. Ieu tiasa ngalegaan kai sareng pamustunganana ngancurkeun sipat strukturalna. Para panulis nganggo rendeman mineral dua dinten pikeun ningkatkeun résistansi cai HW, janten langkung hidrofobik ("sieun cai"). Tés hidrofobisitas ngalibatkeun nempatkeun satetes cai dina permukaan. Beuki hidrofobik permukaan, beuki buleud tetesan cai. Permukaan hidrofilik ("resep cai"), di sisi anu sanés, nyebarkeun tetesan rata (sareng salajengna nyerep cai langkung gampang). Ku alatan éta, rendeman mineral henteu ngan ukur ningkatkeun hidrofobisitas HW sacara signifikan, tapi ogé nyegah kai nyerep Uap.
Dina sababaraha tés rékayasa, péso HW hasilna rada leuwih hadé tibatan péso logam. Para panulis nyatakeun yén péso HW sakitar tilu kali leuwih seukeut tibatan péso anu dijual sacara komersil. Nanging, aya katerangan kana hasil anu pikaresepeun ieu. Para panalungtik ngabandingkeun péso méja, atanapi anu urang sebut péso mentega. Ieu henteu dimaksudkeun pikeun seukeut pisan. Para panulis nunjukkeun pidéo péso aranjeunna motong steak, tapi déwasa anu cukup kuat sigana tiasa motong steak anu sami nganggo sisi garpu logam anu tumpul, sareng péso steak bakal langkung saé dianggo.
Kumaha upami paku-pakuna? Hiji paku HW sigana tiasa gampang ditempa kana tumpukan tilu papan, sanaos henteu sakumaha rinci sabab relatif gampang dibandingkeun sareng paku beusi. Pasak kai teras tiasa ngahijikeun papan-papan éta, nolak gaya anu bakal nyabutna, kalayan kateguhan anu sami sareng pasak beusi. Nanging, dina tésna, papan dina dua kasus éta gagal sateuacan paku mana waé gagal, janten paku anu langkung kuat henteu kakeunaan.
Naha paku HW langkung saé dina cara sanés? Pasak kai langkung hampang, tapi beurat strukturna henteu utamina didorong ku massa pasak anu ngahijikeunana. Pasak kai moal karat. Nanging, éta moal tahan cai atanapi biodekomposisi.
Teu aya ragu yén pangarang parantos ngembangkeun prosés pikeun ngajantenkeun kai langkung kuat tibatan kai alami. Nanging, kagunaan perangkat keras pikeun padamelan khusus peryogi panilitian salajengna. Naha éta tiasa murah sareng kirang sumber daya sapertos plastik? Naha éta tiasa bersaing sareng objék logam anu langkung kuat, langkung pikaresepeun, sareng tiasa dianggo deui tanpa wates? Panilitian aranjeunna nimbulkeun patarosan anu pikaresepeun. Rékayasa anu terus-terusan (sareng pamustunganana pasar) bakal ngajawabna.
Waktos posting: 13-Apr-2022
