Met precies de juiste balans tussen zachtheid en stevigheid, balsahout is een materiaal bij uitstek voor het maken van alles, van modelvliegtuigen tot windturbinebladen op ware grootte. Wetenschappers in de Verenigde Staten en China hebben een nieuwe wereld van mogelijkheden voor balsa geopend door de natuurlijke structuur te kapen met chemische en fysische behandelingen om het te transformeren in een "houtkoolstofspons" die herhaaldelijke compressie en andere extreme mechanische omstandigheden kan doorstaan. Hun werk verschijnt 1 maart in het tijdschrift Chemo .

"Onze resultaten laten zien dat stijve en onsamendrukbare balsa zeer samendrukbaar kan worden gemaakt door een chemisch behandelings- en carbonisatieproces, het opleveren van een houten koolstofspons met mechanische samendrukbaarheid en vermoeidheidsweerstand en elektrische responsgevoeligheid die die van de meeste gerapporteerde samendrukbare koolstofhoudende materialen overtreft, " zegt co-senior auteur Liangbing Hu, een nano-ingenieur en materiaalwetenschapper aan de Universiteit van Maryland, College Park (UMD)'s A. James Clark School of Engineering. "Aangezien deze houtkoolstofspons volledig is vervaardigd uit natuurlijk hout met een eenvoudige en kosteneffectieve methode, het bronmateriaal is ook uitzonderlijk hernieuwbaar en duurzaam, in tegenstelling tot populaire opties zoals koolstofnanobuisjes of grafeen."

De auteurs bereikten de buigbare maar veerkrachtige architectuur van de houtkoolstofspons door gewone chemicaliën te gebruiken om de stijve hemicellulose- en ligninevezels te vernietigen die de normale celwandstructuur van het balsahout behouden en vervolgens het behandelde hout tot 1 te verwarmen. 000?C om het organische materiaal alleen in koolstof om te zetten. Het netto-effect van het proces was om de herhaalde, normaal, rechthoekige zakken die typisch zijn voor de microstructuur van balsa en andere houtsoorten en vervang ze door een stapel golvende, in elkaar grijpend, boogachtige koolstofplaten, door Hu vergeleken met een kruising tussen een spiraalveer en een honingraat.

Terwijl normaal verkoold hout, verkregen uit alleen de verwarmingsstap zonder enige chemische modificaties, zo kwetsbaar is dat elke redelijke uitgeoefende kracht het onomkeerbaar verpulvert tot as en stof, de houten koolstofspons weerstond en herstelde van substantiële compressie voor maximaal 10, 000 opeenvolgende proeven voordat vervorming begon. Een dergelijke prestatie verraste het onderzoeksteam aanvankelijk, die ook werd geleid door Teng Li, een werktuigbouwkundig ingenieur aan de Universiteit van Maryland, Collegepark, en Jia Xie, een elektrotechnisch ingenieur aan de Huazhong University of Science and Technology (China).

Na het uitvoeren van verdere mechanische en elektrische tests op de spons, de onderzoekers waren in staat om een ​​plakje ervan op te nemen in een prototype van een spanningssensor die geschikt is voor bevestiging aan een menselijke vinger, een kwaliteit die wenselijk is voor gebruik in draagbare fitness- of gezondheidsbewakingselektronica.

De onderzoekers zijn van mening dat het hout-koolstofsponsmateriaal ook kan worden verwerkt in waterzuiveringsapparatuur en energieopslag- en gesprekstechnologieën, zoals supercondensatoren en oplaadbare batterijen. "De overvloedige toepassingen illustreren de waarde van een strategie die de verborgen mogelijkheden van natuurlijke materialen verkent, zoals bomen, door inspiratie te putten uit andere natuurlijke structuren en bronnen, "zegt Hu.