Най-острите налични ножове са направени от стомана или керамика, като и двата вида са изкуствени материали, които трябва да бъдат изковани в пещи при екстремни температури.

Сега изследователи са разработили потенциално по-устойчив начин за производство на остри ножове: втвърдено дърво. Методът, представени 20 октомври, 2021, в списание Matter, прави дървото 23 пъти по-здраво, и нож, направена от материала е почти три пъти по-остър от нож, направен от неръждаема стомана.

„Ножът лесно разрязва средно добре изпечена пържола, с подобна ефекторност на традиционен прибор“, разказва Тън Ли (Teng Li), водещ автор на изследването и учен по материалознание в Университета на Мериленд. След това ножът от закалено дърво може да се измие и използва повторно, което го прави обещаваща алтернатива на стоманените, керамичните и пластмасовите ножове за еднократна употреба.

Ли и неговият екип демонстрират и че техният материал може да се използва за производство на дървени гвоздеи, толкова остри, колкото и конвенционалните стоманени пирони. За разлика от стоманените гвоздеи, дървените, разработени от екипа, са устойчиви на ръжда. Изследователите показват, че тези дървени гвоздеи могат да се използват за заковаване на три дъски без никакво увреждане на пирона. Освен за ножове и пирони, Ли се надява, че в бъдеще материалът може да се използва и за направата на подови настилки от твърда дървесина, които са по-устойчиви на надраскване и износване.

Докато методът на Ли за производство на закалена дървесина е нов, обработката на дърво като цяло съществува от векове. Въпреки това, когато дървесината се подготвя за мебели или строителни материали, тя се обработва само с пара и натиск и материалът се съпротивлява до известна степен на оформяне.

„Когато се вгледате в твърдите материали, които използвате в ежедневието си, виждате, че много от тях са изкуствени материали, защото естествените материали не винаги задоволят нуждите ни“, казва Ли.

„Целулозата, основният компонент на дървесината, има по-високо съотношение на здравина към плътност от повечето инженерни материали, като керамика, метали и полимери, но сегашното ниво на използване на дървесината не достига пълния й потенциал“, коментира Ли.

Въпреки че често се използва в строителството, здравината на дървото не достига тази на целулозата. Това е така, защото дървесината се състои само от 40%-50% целулоза, а останалата част се състои от хемицелулоза и лигнин, който действа като свързващо вещество.

Ли и неговият екип се опитват да обработват дървесината по такъв начин, че да премахнат по-слабите компоненти, без да разрушават целулозния скелет.

„Това е процес от две стъпки“, разказва Ли. „В първата стъпка ние частично делигнифицираме дървото. Обикновено дървесината е много твърда, но след отстраняване на лигнина, тя става мека и гъвкава. Във втората стъпка правим горещо пресоване, като прилагаме налягане и топлина върху химически обработеното дърво, за да уплътним и премахнем водата.

След като материалът е обработен и в желаната форма, той се покрива с минерално масло, за да се удължи живота му. Целулозата има склонността да абсорбира вода, така че това покритие запазва остротата на ножа по време на употреба и когато се мие в мивката или съдомиялната машина.

Използвайки микроскопия с висока разделителна способност, Ли и неговият екип изследват микроструктурата на втвърдената дървесина, за да определят произхода на нейната здравина.

„Здравината на материала е силно повлияна от размера и плътността на дефектите, като кухини, канали или дупки“, обяснява Ли. „Процесът в две стъпки, който използваме за обработка на естественото дърво, значително намалява или премахва дефектите в естественото дърво, така че тези канали за транспортиране на вода или други хранителни вещества в дървото са почти изчезнали.

Този процес на втвърдяване на дървесината има потенциала да бъде по-енергийно ефективен и да има по-ниско въздействие върху околната среда, отколкото производството на други изкуствени материали, въпреки че е необходим по-задълбочен анализ, за ​​да се каже със сигурност. Първата стъпка изисква варене на дървесината при 100° по Целзий в баня с химикали, които потенциално биха могли да се използват повторно от партида в партида. За сравнение, процесът, използван за производство на керамика, изисква нагряване на материали до няколко хиляди градуса по Целзий.

„В нашата кухня имаме много дървени предмети, които използваме много дълго време, като дъска за рязане, клечки за хранене или точилка“, коментира Ли. „Тези ножове могат също да се използват многократно, ако ги покриете с минерално масло отново, заточите и извършите същата редовна поддръжка“.

“Hardened wood as a renewable alternative to steel and plastic” by Bo Chen, Ulrich H. Leiste, William L. Fourney, Yu Liu, Qiongyu Chen and Teng Li, 20 October 2021, Matter. DOI: 10.1016/j.matt.2021.09.020

Scientists Make Hardened Wooden Knife That’s 3x Sharper Than Stainless-Steel, Cell Press