Les scientifiques ont fabriqué du bois artificiel à partir de résines synthétiques qui, tout en imitant le bois naturel, présentent des propriétés améliorées pour une utilisation multifonctionnelle.
Le bois est un biologique tissu fibreux trouvé dans les arbres, les buissons et les arbustes. Le bois peut être considéré comme le matériau le plus utile et peut-être le plus polyvalent. planète Terre. Il est utilisé depuis des milliers d’années à des fins multiples et est très remarquable pour sa faible densité et sa haute résistance. La structure cellulaire anisotrope unique (c'est-à-dire différentes propriétés dans différentes directions) du bois lui confère des propriétés mécaniques étonnantes, le rendant ainsi solide, rigide mais néanmoins léger et flexible. Le bois a une résistance élevée à la compression et une faible résistance à la traction. Le bois est respectueux de l'environnement et des coûts, extrêmement résistant, durable et peut être utilisé pour construire n'importe quoi, de la fabrication du papier à la construction de maisons.
La nature nous a déjà fourni des matériaux étonnants comme le bois. Pourtant, il y a toujours une inspiration autour de la nature pour nous de concevoir et de développer des matériaux d'ingénierie biomimétiques de haute performance, qui pourraient « imiter » les propriétés étonnantes des biomatériaux déjà présents dans la nature. Le caractère unique du bois vient de sa structure cellulaire anisotrope, de sa faible densité et de sa haute résistance. Dans un passé récent, des scientifiques ont essayé de concevoir des matériaux en tenant compte de ce concept dans le but de reproduire les propriétés du bois telles que la haute résistance et la légèreté. Cependant, la plupart des recherches ont conduit à des résultats insatisfaisants car les matériaux conçus souffraient d'un défaut ou d'un autre. Il reste encore un défi de taille pour les ingénieurs de construire artificiel matériaux ressemblant au bois. Ceci est d'une grande importance car il faut des décennies pour faire pousser du bois naturel et le temps et l'efficacité sont un critère important lorsque l'on cherche à fabriquer un matériau similaire au bois naturel.
Bois bio-inspiré
Des chercheurs de l'Université des sciences et technologies de Chine ont mis au point une nouvelle stratégie pour la fabrication de polymères artificiels bioinspirés du bois. sur une grande Scale. Ce matériau artificiel a une microstructure cellulaire semblable au bois, une bonne contrôlabilité dans les microstructures et démontrerait des propriétés telles que la légèreté et une résistance élevée analogues aux propriétés mécaniques du bois naturel. Les chercheurs affirment que ce nouveau matériau est aussi résistant que le bois naturel, contrairement à tout autre bois d'ingénierie étudié jusqu'à présent.
Le bois présent dans la nature contient un polymère naturel appelé lignine qui est responsable de la solidité du bois. La lignine lie de petites cristallites de cellulose ensemble dans une structure en forme de maille pour créer une résistance élevée. Les chercheurs ont pensé à répliquer la lignine en utilisant un polymère synthétique appelé résol qui a des propriétés similaires. Ils ont réussi à convertir les résols traditionnellement disponibles (résine phénolique et résine mélamine) en bois artificiel comme matière. La conversion a été réalisée en utilisant d'abord les propriétés d'auto-assemblage du résol de polymère et ensuite en subissant le durcissement. Pour réaliser l'auto-assemblage, les résines thermostatiques liquides ont été congelées de manière unidirectionnelle, puis durcies (réticulées ou polymérisées) à des températures ne dépassant pas 200 degrés Celsius. Le bois d'ingénierie produit adopte une structure cellulaire ressemblant étroitement à celle du bois naturel. Par la suite, le thermodurcissement - un processus consistant en un changement chimique induit par la température (ici, la polymérisation) dans le résol - a été effectué pour produire des bois polymères artificiels. La taille des pores et l'épaisseur de paroi d'un tel matériau peuvent être contrôlées manuellement. Non seulement cela, les cristallites que fabrique le résol peuvent également être modifiées en fonction des exigences du type de bois. La couleur pourrait également être modifiée en ajoutant ou en changeant les cristallites qui maintiennent le résol ensemble. Lorsque ce bois d'ingénierie est comprimé, il présente une résistance similaire à son homologue naturel. L'approche décrite dans l'étude peut également être qualifiée d'approche verte pour préparer des bois artificiels dans lesquels un compost de nanomatériaux comme les nanofibres de cellulose et l'oxyde de graphène peut être utilisé.
Fait intéressant, le bois artificiel d'ingénierie affiche une meilleure résistance à la corrosion à l'eau et à l'acide par rapport au bois naturel tout en supposant que ses propriétés mécaniques ne diminuent pas. Cela signifie que le bois artificiel peut résister à des événements météorologiques extrêmes et serait mieux protégé. Il présente également une meilleure isolation thermique et une meilleure résistance au feu et ne prendrait pas feu facilement comme le fait le bois naturel, principalement parce que le résol est ignifuge. Cela peut être une aubaine pour des secteurs comme la fabrication et la construction, en particulier les bâtiments résidentiels qui prennent feu lorsqu'ils sont construits en bois naturel. Le matériau est parfaitement adapté aux environnements difficiles et difficiles car il est assez amélioré par rapport au bois naturel. Il est unique par rapport aux matériaux d'ingénierie standard tels que les céramiques cellulaires et les aérogels en ce qui concerne les propriétés de résistance et d'isolation thermique. Il est également plus efficace que la plupart des composites plastique-bois en raison de sa plus grande résistance. Le bois d'ingénierie possède de nombreuses propriétés qui le rendent plus efficace.
La nouvelle stratégie décrite dans cette étude publiée dans Science Advances offre de nouvelles voies pour fabriquer et concevoir une variété de matériaux composites d'ingénierie biomimétiques haute performance qui auront un avantage significatif par rapport à leurs homologues traditionnels. Ces nouveaux matériaux peuvent avoir de larges applications dans de nombreux domaines.
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Sources)
Zhi-Long Y et al. 2018 Bois polymères bio-inspirés. Science Advances. 4 (8).
https://doi.org/10.1126/sciadv.aat7223
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