વૈજ્ઞાનિકોએ કૃત્રિમ રેઝિનમાંથી કૃત્રિમ લાકડું બનાવ્યું છે જે કુદરતી લાકડાની નકલ કરતી વખતે બહુવિધ ઉપયોગ માટે સુધારેલ ગુણધર્મો દર્શાવે છે.
લાકડું એક છે ઓર્ગેનિક તંતુમય પેશી વૃક્ષો, છોડો અને ઝાડીઓમાં જોવા મળે છે. લાકડાને સૌથી ઉપયોગી અને કદાચ સૌથી સર્વતોમુખી સામગ્રી તરીકે ઓળખવામાં આવે છે ગ્રહ પૃથ્વી. તે હજારો વર્ષોથી બહુવિધ હેતુઓ માટે ઉપયોગમાં લેવાય છે અને તેની ઓછી ઘનતા અને ઉચ્ચ શક્તિ માટે ખૂબ જ નોંધનીય છે. લાકડાનું અનોખું એનિસોટ્રોપિક સેલ્યુલર માળખું (એટલે કે જુદી જુદી દિશામાં વિવિધ ગુણધર્મો) તેને અદ્ભુત યાંત્રિક ગુણધર્મો આપે છે તેમજ તેને મજબૂત, સખત પરંતુ હજી પણ હળવા અને લવચીક બનાવે છે. લાકડામાં ઉચ્ચ સંકુચિત શક્તિ અને ઓછી તાણ શક્તિ હોય છે. લાકડું પર્યાવરણ અને ખર્ચને અનુકૂળ, અતિ મજબૂત, ટકાઉ અને લાંબા સમય સુધી ચાલતું હોય છે અને તેનો ઉપયોગ કાગળ બનાવવાથી માંડીને ઘર બાંધવા સુધીની કોઈપણ વસ્તુ બનાવવા માટે થઈ શકે છે.
કુદરતે આપણને લાકડું જેવી અદ્ભુત સામગ્રી આપી છે. તેમ છતાં ઉચ્ચ-પ્રદર્શન બાયોમિમેટિક એન્જિનિયરિંગ સામગ્રીઓ ડિઝાઇન કરવા અને વિકસાવવા માટે હંમેશા પ્રકૃતિની આસપાસ ફરતી પ્રેરણા હોય છે, જે કુદરતમાં પહેલાથી જ જોવા મળેલી બાયોમટિરિયલ્સના અદ્ભુત ગુણધર્મોની 'નકલ' કરી શકે છે. લાકડાની વિશિષ્ટતા તેની એનિસોટ્રોપિક સેલ્યુલર માળખું સાથે ઓછી ઘનતા અને ઉચ્ચ શક્તિથી આવે છે. તાજેતરના ભૂતકાળમાં વૈજ્ઞાનિકોએ ઉચ્ચ-શક્તિ અને હળવા વજન જેવા લાકડાના ગુણધર્મોને ડુપ્લિકેટ કરવા માટે આ ખ્યાલને ધ્યાનમાં રાખીને સામગ્રી ડિઝાઇન કરવાનો પ્રયાસ કર્યો છે. જો કે, મોટાભાગના સંશોધનો અસંતોષકારક પરિણામો તરફ દોરી ગયા છે કારણ કે ડિઝાઇન કરેલી સામગ્રી એક અથવા બીજી ખામીથી પીડાય છે. તે હજુ પણ એન્જિનિયરો માટે બાંધકામ માટે નોંધપાત્ર પડકાર રહે છે કૃત્રિમ લાકડા જેવી સામગ્રી. આ ઉચ્ચ સુસંગતતા છે કારણ કે કુદરતી લાકડું ઉગાડવામાં દાયકાઓ લાગે છે અને કુદરતી લાકડા જેવી સામગ્રી બનાવવા માટે સમય અને કાર્યક્ષમતા એ એક મજબૂત માપદંડ છે.
બાયોઇન્સાયર્ડ લાકડું
ચાઇનાની યુનિવર્સિટી ઓફ સાયન્સ એન્ડ ટેક્નોલોજીના સંશોધકોએ બાયોઇન્સાયર્ડ આર્ટિફિશિયલ પોલિમરીકના ફેબ્રિકેશન માટે નવી વ્યૂહરચના ઘડી છે. લાકડું મોટા પાયે. આ કૃત્રિમ સામગ્રીમાં લાકડા જેવું સેલ્યુલર માઇક્રોસ્ટ્રક્ચર છે, માઇક્રોસ્ટ્રક્ચરમાં સારી નિયંત્રણક્ષમતા છે અને કુદરતી લાકડાના યાંત્રિક ગુણધર્મોને અનુરૂપ હલકો અને ઉચ્ચ શક્તિ જેવા ગુણધર્મો દર્શાવે છે. સંશોધકો જણાવે છે કે આ નવી સામગ્રી આજ સુધી સંશોધન કરાયેલા અન્ય કોઈપણ એન્જિનિયર્ડ લાકડાથી વિપરીત કુદરતી લાકડા જેટલી મજબૂત છે.
પ્રકૃતિમાં જોવા મળતા લાકડામાં લિગ્નિન નામનું કુદરતી પોલિમર હોય છે જે લાકડાને મજબૂત બનાવવા માટે જવાબદાર છે. લિગ્નિન સેલ્યુલોઝના નાના સ્ફટિકોને જાળી જેવી રચનામાં એકસાથે જોડે છે જેથી તે ઉચ્ચ તાકાત બનાવે છે. સંશોધકોએ સમાન ગુણધર્મો ધરાવતા રેઝોલ નામના સિન્થેટિક પોલિમરનો ઉપયોગ કરીને લિગ્નિનની નકલ કરવાનું વિચાર્યું. તેઓએ પરંપરાગત રીતે ઉપલબ્ધ રિસોલ (ફેનોલિક રેઝિન અને મેલામાઈન રેઝિન) ને સફળતાપૂર્વક રૂપાંતરિત કર્યું કૃત્રિમ લાકડું સામગ્રી જેવી. સૌપ્રથમ પોલિમર રિઝોલના સ્વ-એસેમ્બલી પ્રોપર્ટીઝનો ઉપયોગ કરીને અને પછી ધીમોક્યુરિંગ દ્વારા રૂપાંતરણ પ્રાપ્ત કરવામાં આવ્યું હતું. સ્વ-એસેમ્બલી હાંસલ કરવા માટે, પ્રવાહી થર્મોસ્ટેટ રેઝિનને દિશાવિહીન રીતે સ્થિર કરવામાં આવ્યા હતા, પછી 200 ડિગ્રી સેલ્સિયસથી વધુ તાપમાને સાજા (ક્રોસ-લિંક્ડ અથવા પોલિમરાઇઝ્ડ) કરવામાં આવ્યા હતા. ઉત્પાદિત એન્જિનિયર્ડ લાકડું કોષ જેવું માળખું અપનાવે છે જે કુદરતી લાકડા જેવું જ હોય છે. ત્યારબાદ, થર્મોક્યુરિંગ - એક પ્રક્રિયા જેમાં તાપમાન પ્રેરિત રાસાયણિક પરિવર્તનનો સમાવેશ થાય છે (અહીં, પોલિમરાઇઝેશન) રીઝોલમાં - કૃત્રિમ પોલિમરીક વૂડ્સ બનાવવા માટે કરવામાં આવી હતી. આવી સામગ્રીના છિદ્રનું કદ અને દિવાલની જાડાઈ જાતે નિયંત્રિત કરી શકાય છે. એટલું જ નહીં, રિઝોલ બનાવે છે તે સ્ફટિકો પણ લાકડાના પ્રકારની જરૂરિયાતને આધારે બદલી શકાય છે. રિઝોલને એકસાથે પકડી રાખતા સ્ફટિકોને ઉમેરીને અથવા સ્વિચ કરીને પણ રંગ બદલી શકાય છે. જ્યારે આ એન્જિનિયર્ડ લાકડું સંકુચિત થાય છે, ત્યારે તે તેના કુદરતી સમકક્ષ જેવો જ પ્રતિકાર દર્શાવે છે. અભ્યાસમાં વર્ણવેલ અભિગમને કૃત્રિમ વૂડ્સ તૈયાર કરવા માટે લીલા અભિગમ તરીકે પણ ઓળખાવી શકાય છે જેમાં સેલ્યુલોઝ નેનોફાઇબર્સ અને ગ્રાફીન ઓક્સાઇડ જેવા નેનોમટેરિયલ્સના ખાતરનો ઉપયોગ કરી શકાય છે.
રસપ્રદ રીતે, એન્જિનિયર્ડ કૃત્રિમ લાકડું કુદરતી લાકડાની તુલનામાં પાણી અને એસિડને વધુ સારી રીતે કાટ પ્રતિકાર દર્શાવે છે જ્યારે તેના યાંત્રિક ગુણધર્મોમાં કોઈ ઘટાડો થતો નથી. આનો અર્થ એ છે કે કૃત્રિમ લાકડું આત્યંતિક હવામાનની ઘટનાઓનો પ્રતિકાર કરી શકે છે અને રક્ષણ પૂરું પાડવા માટે તેમાં સુધારો કરવામાં આવશે. તે બહેતર થર્મલ ઇન્સ્યુલેશન અને આગ સામે સુધારેલ પ્રતિકાર પણ દર્શાવે છે અને કુદરતી લાકડાની જેમ સરળતાથી આગ પકડશે નહીં કારણ કે રેઝોલ અગ્નિ પ્રતિકારક છે. ઉત્પાદન અને બાંધકામ જેવા ક્ષેત્રો માટે આ વરદાન બની શકે છે, ખાસ કરીને રહેણાંક ઇમારતો કે જે કુદરતી લાકડાનો ઉપયોગ કરીને બાંધવામાં આવે ત્યારે આગ પકડે છે. સામગ્રી કઠિન અને કઠોર વાતાવરણ માટે આદર્શ રીતે અનુકૂળ છે કારણ કે કુદરતી લાકડાની સરખામણીમાં તે ખૂબ ઉન્નત છે. મજબૂતાઇ અને થર્મલ ઇન્સ્યુલેશન ગુણધર્મોના સંદર્ભમાં સેલ્યુલર સિરામિક્સ અને એરોજેલ્સ જેવી માનક ઇજનેરી સામગ્રીની તુલના કરવામાં આવે ત્યારે તે અનન્ય છે. તે તેની ઊંચી શક્તિને કારણે મોટા ભાગના પ્લાસ્ટિક-લાકડાના સંયોજનો કરતાં પણ વધુ અસરકારક છે. એન્જીનિયર કરેલ લાકડામાં પુષ્કળ ગુણધર્મો છે જે તેને વધુ કાર્યક્ષમ બનાવે છે.
માં પ્રકાશિત થયેલ આ અભ્યાસમાં વર્ણવેલ નવલકથા વ્યૂહરચના સાયન્સ એડવાન્સિસ ઉચ્ચ-પ્રદર્શન બાયોમિમેટિક એન્જિનિયરિંગ કમ્પોઝિટ મટિરિયલ્સના ફેબ્રિકેટ અને એન્જિનિયરિંગના નવા માર્ગો પૂરા પાડે છે જેનો તેમના પરંપરાગત સમકક્ષો કરતાં કેટલાક નોંધપાત્ર લાભ થશે. આવી નવલકથા સામગ્રીનો ઘણા ક્ષેત્રોમાં વ્યાપક ઉપયોગ થઈ શકે છે.
***
{તમે ટાંકેલા સ્ત્રોત(ઓ)ની સૂચિમાં નીચે આપેલ DOI લિંક પર ક્લિક કરીને મૂળ સંશોધન પેપર વાંચી શકો છો}
સ્રોત (ઓ)
Zhi-Long Y at al. 2018 બાયોઇન્સાયર્ડ પોલિમરીક વૂડ્સ. સાયન્સ એડવાન્સિસ. 4 (8).
https://doi.org/10.1126/sciadv.aat7223
***
