Volledig beeld beschikbaar via contact
RICHLAND, Wash.–Californië heeft Silicon Valley. Zou een Silicon Forest in Washington de volgende kunnen zijn? Een team van materiaalwetenschappers van het Pacific Northwest National Laboratory is ermee bezig.
Yongsoon Shin en collega’s van het lab van het Department of Energy hebben hout in mineralen omgezet, en in enkele dagen bereikt wat de natuur miljoenen jaren nodig heeft om dat te doen op plaatsen als het Gingko Versteende Bos, een uur verderop aan de Columbia River. Daar zijn bomen waarschijnlijk geveld tijdens een cataclysmische uitbarsting en, zonder zuurstof begraven onder lava, hebben ze hun houtachtige verbindingen uitgeloogd en de mineralen van de bodem in de loop der eonen opgeslorpt.
De reis van Shin’s versteende hout begon op een minder dramatische manier, een paar minuten verderop bij Lowe’s, meldt Shin’s groep in het huidige nummer van het tijdschrift Advanced Materials, in de houthandel van de doe-het-zelfketen. Daar haalden zij hun grondstof op: planken van grenen en populier. Terug bij PNNL gaven ze een kubus van 1 centimeter hout een zuurbad van twee dagen, weken het nog eens twee dagen in een silica-oplossing (voor het beste resultaat herhaalt u deze stap tot drie keer), lieten het aan de lucht drogen, stopten het in een met argon gevulde oven die geleidelijk werd aangezwengeld tot 1400 graden Celsius om twee uur te koken, en lieten het vervolgens in argon afkoelen tot kamertemperatuur.
Presto. Instant versteend hout, de silica neemt permanent intrek bij de koolstof in de cellulose om een nieuwe siliciumcarbide, of SiC, keramiek te vormen. Het materiaal “bootst precies de houtarchitectuur na,” volgens Shin.
Hoewel het onwaarschijnlijk is dat SiC-chips computerchips zullen vervangen, zijn materiaalwetenschappers geïnteresseerd in de nieuwe eigenschappen van keramiek gebouwd op sjablonen van hout en, in Shin’s lab, andere natuurlijke materialen zoals stuifmeel en rijstschillen. Het ingewikkelde netwerk van microkanalen en poriën in plantenmateriaal levert enorme oppervlakken op – in hout zou 1 gram platgeslagen materiaal een voetbalveld beslaan – die nuttig kunnen blijken bij industriële chemische scheidingen of het filteren van verontreinigende stoffen uit gasvormige effluenten.
De zuur-loogmethode levert een identieke, positieve reproductie van het hout op. Als Shin een negatieve afdruk wil vastleggen, kan hij de pH veranderen om de onderkant van de schaal te bevoordelen.
“De positieve replica is een stuk beter in termen van oppervlakte en uniformiteit,” zei Shin. “Negatieve vormen storten gemakkelijk in, maar het is mogelijk om vezelachtige materialen te maken,” waarbij de mineralen openingen met houtnerven opvullen.
PNNL (www.pnl.gov) is een DOE Office of Science-laboratorium dat complexe problemen op het gebied van energie, nationale veiligheid, het milieu en biowetenschappen oplost door het begrip van natuurkunde, scheikunde, biologie en computatie te bevorderen. PNNL telt 3.900 werknemers, heeft een jaarlijks budget van 650 miljoen dollar en wordt sinds de oprichting in 1965 beheerd door het in Ohio gevestigde Battelle.