Быстро изготовить предмет любой формы из материала, аналогичного натуральной древесине? Теперь это легко. При этом материал можно создать прямо на месте из соломы или других отходов. Исследователи видят множество потенциальных применений, от упаковки продуктов до снабжения далёких космических экспедиций.
Технология описана в научной статье, опубликованной в журнале Applied Materials Today группой во главе с Полом Гейтнхолмом (Paul Gatenholm) из Технического университета Чалмерса в Швеции.
В наш век металла и пластика производители продолжают ценить старую добрую древесину. Её ударная вязкость, пористость, прочность при кручении и другие свойства идеально подходят для многих изделий.
Ещё одно бесспорное преимущество дерева в том, что это экологически чистый, возобновляемый и биоразлагаемый материал.
Но у него есть и недостатки. И главный из них в том, что изделию трудно придать нужную геометрию. Древесину нельзя отлить в нужную форму, как пластмассу или металл. Вырезание и вытачивание создаёт большое количество отходов, которые надо утилизировать.
Кроме того, деревья попросту медленно растут. Прежде чем на месте былых вырубок снова появится пригодный для заготовки лес, пройдут долгие годы.
Команда исследователей обошла оба этих затруднения. Учёные разработали метод 3D-печати, который позволяет быстро и без отходов создать объект любой формы. При этом чернила для 3D-принтера можно изготовить на месте из соломы или других отходов сельского хозяйства.
Исследователи разработали компьютерную программу, которая управляет 3D-принтером. Она позволяет имитировать тонкую структуру древесины, создавая характерные для неё наноскопические нити. Поэтому материал по своим механическим и другим свойствам становится похожим на натуральное дерево. При этом головка принтера, нанося материал слой за слоем, способна напечатать предмет произвольной формы практически без отходов.
"Это прорыв в технологии производства. Это позволяет нам выйти за пределы, положенные природой, [и] создавать новые экологически чистые продукты", – утверждает Гейтнхолм.
Ещё одно новшество связано с составом чернил. Их основной компонент роднит их с натуральной древесиной – это целлюлоза. Правда, для печати она используется не в обычном виде, а в форме так называемой наноцеллюлозы. В этом исследовании авторы модифицировали их состав по сравнению с предыдущими разработками, добавив также гемицеллюлозу. В природе она придаёт дополнительную прочность и твёрдость клеточным стенкам в древесных тканях. Примерно ту же роль это вещество играет и в искусственной древесине.
Оба компонента можно извлечь практически из любого растительного сырья, не только на Земле, но и в будущих космических экспедициях.
"Исходный растительный материал фантастически возобновляем, поэтому сырьё можно добывать на месте во время длительных космических путешествий, на Луне или на Марсе. Если вы будете выращивать пищу, то, вероятно, вам будут доступны целлюлоза и гемицеллюлоза", – говорит Гейтнхолм.
Более "земное" потенциальное применение технологии состоит в том, чтобы создавать упаковку для продуктов сельского хозяйства прямо на месте их производства, без дорогостоящей перевозки материалов из сибирской тайги в южные житницы.
Авторы уже распечатали прототипы подобной упаковки. Одно из её важных свойств – воздухонепроницаемость, что очень удобно для перевозки продуктов питания и лекарств.
Ложка дёгтя состоит в том, что производство наноцеллюлозы из целлюлозы – на сегодняшний день весьма дорогостоящий процесс, и в результате ни о какой экономии пока говорить не приходится. Прежде чем "деревянная революция" станет возможной, химикам придётся разработать дешёвый способ получения этого материала.
К слову, ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) рассказывали об искусственной древесине, которой не страшен огонь, и прозрачной искусственной древесине.
