มีดไม้ชุบแข็งมีความคมกว่ามีดโต๊ะถึงสามเท่า

ไม้และโลหะธรรมชาติเป็นวัสดุก่อสร้างที่จำเป็นสำหรับมนุษย์มานานนับพันปี โพลีเมอร์สังเคราะห์ที่เราเรียกว่าพลาสติกเป็นสิ่งประดิษฐ์ล่าสุดที่ระเบิดในศตวรรษที่ 20
ทั้งโลหะและพลาสติกมีคุณสมบัติที่เหมาะอย่างยิ่งสำหรับใช้ในอุตสาหกรรมและพาณิชยกรรม โลหะมีความแข็งแรง แข็ง และโดยทั่วไปทนทานต่ออากาศ น้ำ ความร้อน และความเครียดคงที่ อย่างไรก็ตาม ยังต้องใช้ทรัพยากรมากขึ้น (ซึ่งหมายถึงมีราคาแพงกว่า) เพื่อ ผลิตและปรับแต่งผลิตภัณฑ์ของตน พลาสติกมีฟังก์ชั่นบางอย่างของโลหะในขณะที่ต้องการมวลน้อยกว่าและมีราคาถูกมากในการผลิต คุณสมบัติของพลาสติกสามารถปรับแต่งให้เหมาะกับการใช้งานเกือบทุกชนิด อย่างไรก็ตาม พลาสติกเชิงพาณิชย์ราคาถูกกลับสร้างวัสดุที่มีโครงสร้างได้แย่มาก: เครื่องใช้ไฟฟ้าที่เป็นพลาสติกไม่ใช่สิ่งหนึ่ง สิ่งดีๆ และไม่มีใครอยากอยู่ในบ้านพลาสติก นอกจากนี้ พวกมันยังถูกกลั่นจากเชื้อเพลิงฟอสซิลอีกด้วย
ในการใช้งานบางประเภท ไม้ธรรมชาติสามารถแข่งขันกับโลหะและพลาสติกได้ บ้านของครอบครัวส่วนใหญ่สร้างจากโครงไม้ ปัญหาคือไม้ธรรมชาติอ่อนเกินไปและเสียหายได้ง่ายเกินไปจากน้ำเพื่อทดแทนพลาสติกและโลหะเป็นส่วนใหญ่ บทความล่าสุด ตีพิมพ์ในวารสาร Matter สำรวจการสร้างวัสดุไม้ชุบแข็งที่เอาชนะข้อจำกัดเหล่านี้ งานวิจัยนี้ปิดท้ายด้วยการสร้างมีดและตะปูที่ทำจากไม้ มีดที่ทำจากไม้ดีแค่ไหน และคุณจะใช้มันในเร็วๆ นี้หรือไม่
โครงสร้างเส้นใยของไม้ประกอบด้วยเซลลูโลสประมาณ 50% ซึ่งเป็นโพลีเมอร์ธรรมชาติที่มีคุณสมบัติความแข็งแรงที่ดีตามทฤษฎี โครงสร้างไม้ที่เหลืออีกครึ่งหนึ่งส่วนใหญ่เป็นลิกนินและเฮมิเซลลูโลส ในขณะที่เซลลูโลสก่อตัวเป็นเส้นใยยาวและเหนียวซึ่งทำให้ไม้มีกระดูกสันหลังตามธรรมชาติ ความแข็งแรง เฮมิเซลลูโลสมีโครงสร้างที่เชื่อมโยงกันน้อยจึงไม่มีส่วนช่วยอะไรกับความแข็งแรงของไม้ ลิกนินเติมเต็มช่องว่างระหว่างเส้นใยเซลลูโลสและทำงานที่เป็นประโยชน์สำหรับไม้ที่มีชีวิต แต่สำหรับจุดประสงค์ของมนุษย์ในการอัดไม้และยึดเส้นใยเซลลูโลสให้แน่นขึ้น ลิกนินจึงกลายเป็น อุปสรรค
ในการศึกษานี้ ไม้ธรรมชาติถูกทำให้เป็นไม้แข็ง (HW) ในสี่ขั้นตอน ขั้นแรก ไม้จะถูกต้มในโซเดียมไฮดรอกไซด์และโซเดียมซัลเฟตเพื่อกำจัดเฮมิเซลลูโลสและลิกนินบางส่วน หลังจากการบำบัดด้วยสารเคมีนี้ ไม้จะมีความหนาแน่นมากขึ้นโดยการกด โดยกดเป็นเวลาหลายชั่วโมงที่อุณหภูมิห้อง ซึ่งจะช่วยลดช่องว่างตามธรรมชาติหรือรูพรุนในไม้และช่วยเพิ่มพันธะเคมีระหว่างเส้นใยเซลลูโลสที่อยู่ติดกัน จากนั้น ไม้จะถูกเพิ่มแรงดันที่ 105° C (221° F) อีกสองสามชั่วโมง ชั่วโมงเพื่อทำให้มีความหนาแน่นสมบูรณ์ จากนั้นจึงทำให้แห้ง ในที่สุด ไม้จะถูกแช่ในน้ำมันแร่เป็นเวลา 48 ชั่วโมงเพื่อทำให้ผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปกันน้ำได้
สมบัติเชิงกลอย่างหนึ่งของวัสดุโครงสร้างคือความแข็งของการเยื้อง ซึ่งเป็นการวัดความสามารถในการต้านทานการเสียรูปเมื่อถูกบีบด้วยแรง เพชรนั้นแข็งกว่าเหล็ก แข็งกว่าทองคำ แข็งกว่าไม้ และแข็งกว่าโฟมบรรจุ ในบรรดาวิศวกรรมหลายๆ ด้าน การทดสอบที่ใช้ในการระบุความแข็ง เช่น ความแข็ง Mohs ที่ใช้ในอัญมณีวิทยา การทดสอบ Brinell ก็เป็นหนึ่งในนั้น แนวคิดของการทดสอบนั้นง่ายมาก: ใช้แรงกดตลับลูกปืนโลหะแข็งลงบนพื้นผิวทดสอบด้วยแรงจำนวนหนึ่ง วัดเส้นผ่านศูนย์กลางของวงกลม การเยื้องที่สร้างโดยลูกบอล ค่าความแข็งของบริเนลคำนวณโดยใช้สูตรทางคณิตศาสตร์ พูดง่ายๆ ก็คือ ยิ่งรูที่ลูกบอลกระทบมาก วัสดุก็จะยิ่งนุ่มขึ้น ในการทดสอบนี้ HW แข็งกว่าไม้ธรรมชาติถึง 23 เท่า
ไม้ธรรมชาติที่ไม่ผ่านการบำบัดส่วนใหญ่จะดูดซับน้ำ ซึ่งสามารถขยายเนื้อไม้และทำลายคุณสมบัติทางโครงสร้างของไม้ได้ในที่สุด ผู้เขียนใช้การแช่น้ำแร่เป็นเวลา 2 วันเพื่อเพิ่มการต้านทานน้ำของ HW ทำให้ไม่ชอบน้ำมากขึ้น (“กลัวน้ำ”) การทดสอบการไม่ชอบน้ำเกี่ยวข้องกับการวางหยดน้ำลงบนพื้นผิว ยิ่งพื้นผิวไม่ชอบน้ำมากเท่าไร หยดน้ำก็จะยิ่งกลมมากขึ้นเท่านั้น ในทางกลับกัน พื้นผิวที่ชอบน้ำ (“ชอบน้ำ”) จะกระจายหยดน้ำให้แบนราบ (และต่อมา ดูดซับน้ำได้ง่ายขึ้น) ดังนั้นการแช่น้ำแร่ไม่เพียงเพิ่มความสามารถในการกันน้ำของ HW อย่างมีนัยสำคัญ แต่ยังป้องกันไม่ให้ไม้ดูดซับความชื้นอีกด้วย
ในการทดสอบทางวิศวกรรมบางอย่าง มีด HW ทำงานได้ดีกว่ามีดโลหะเล็กน้อย ผู้เขียนอ้างว่ามีด HW มีความคมประมาณสามเท่าของมีดที่มีจำหน่ายทั่วไป อย่างไรก็ตาม มีข้อแม้สำหรับผลลัพธ์ที่น่าสนใจนี้ นักวิจัยกำลังเปรียบเทียบมีดโต๊ะ หรือสิ่งที่เราอาจเรียกว่ามีดเนย มีดเหล่านี้ไม่ได้หมายถึงให้คมเป็นพิเศษ ผู้เขียนฉายวิดีโอเกี่ยวกับมีดของพวกเขาที่กำลังตัดสเต็ก แต่ผู้ใหญ่ที่แข็งแรงพอสมควรอาจจะตัดสเต็กชิ้นเดียวกันโดยใช้ด้านทื่อของส้อมโลหะ และ มีดสเต็กจะทำงานได้ดีกว่ามาก
แล้วตะปูล่ะ เห็นได้ชัดว่าสามารถตอกตะปู HW ตัวเดียวให้เป็นแผ่นสามแผ่นซ้อนกันได้อย่างง่ายดาย แม้ว่าจะไม่ละเอียดเท่าตะปูเหล็กก็ตาม หมุดไม้ก็สามารถยึดไม้กระดานเข้าด้วยกันได้ ต้านทานแรงที่จะฉีกขาด โดยมีความเหนียวพอๆ กันกับหมุดเหล็ก อย่างไรก็ตาม ในการทดสอบ แผ่นกระดานในทั้งสองกรณีล้มเหลวก่อนที่ตะปูตัวใดตัวหนึ่งจะพัง ดังนั้นจึงไม่เห็นตะปูที่แข็งแรงกว่า
ตะปู HW ดีกว่าด้วยวิธีอื่นหรือไม่หมุดไม้มีน้ำหนักเบากว่า แต่น้ำหนักของโครงสร้างไม่ได้ถูกขับเคลื่อนโดยมวลของหมุดยึดที่ยึดเข้าด้วยกันเป็นหลักหมุดไม้จะไม่เกิดสนิมอย่างไรก็ตามจะไม่กันน้ำหรือ ย่อยสลายทางชีวภาพ
ไม่ต้องสงสัยเลยว่าผู้เขียนได้พัฒนากระบวนการเพื่อทำให้ไม้แข็งแรงกว่าไม้ธรรมชาติอย่างไรก็ตามยูทิลิตี้ของฮาร์ดแวร์สำหรับงานใด ๆ ต้องมีการศึกษาเพิ่มเติม จะมีราคาถูกและทรัพยากรน้อยกว่าพลาสติกหรือไม่ มันสามารถแข่งขันกับที่แข็งแกร่งกว่าได้หรือไม่ วัตถุโลหะที่น่าดึงดูดยิ่งขึ้นและนำกลับมาใช้ใหม่ได้อย่างไม่มีที่สิ้นสุด การวิจัยของพวกเขาทำให้เกิดคำถามที่น่าสนใจ วิศวกรรมที่กำลังดำเนินอยู่ (และตลาดในที่สุด) จะตอบคำถามเหล่านี้