Pełnowymiarowy obraz dostępny poprzez kontakt
RICHLAND, Wash.–Kalifornia ma Dolinę Krzemową. Czy następny będzie Krzemowy Las w Waszyngtonie? Zespół materiałoznawców z Pacific Northwest National Laboratory pracuje nad tym.
Yongsoon Shin i koledzy z laboratorium Departamentu Energii przekształcili drewno w minerał, osiągając w ciągu kilku dni to, co zajmuje naturze miliony lat w takich miejscach jak skamieniały las Gingko, godzinę drogi w górę rzeki Columbia. Tam drzewa, które prawdopodobnie zostały ścięte podczas kataklizmicznej erupcji i pogrzebane bez tlenu pod lawą, wypłukały swoje drzewne związki i przez eony gromadziły minerały z gleby.
Podróż skamieniałego drewna Shina rozpoczęła się w mniej dramatyczny sposób, kilka minut od hotelu Lowe’s, grupa Shina raportuje w bieżącym numerze czasopisma Advanced Materials, w sieci sklepów z artykułami dla majsterkowiczów,. Tam odebrali swój surowiec: deski sosnowe i topolowe. Z powrotem w PNNL, dali 1 centymetrowy sześcian drewna dwudniową kąpiel kwasową, moczyli go w roztworze krzemionki przez kolejne dwa (dla najlepszych rezultatów, powtórz ten krok do trzech razy), wysuszyli go na powietrzu, wrzucili do wypełnionego argonem pieca stopniowo podkręconego do 1400 stopni Celsjusza, aby gotować przez dwie godziny, a następnie schłodzili w argonie do temperatury pokojowej.
Presto. Błyskawicznie skamieniałe drewno, krzemionka zamieszkała na stałe z węglem pozostawionym w celulozie, tworząc nową ceramikę z węglika krzemu, czyli SiC. Materiał „dokładnie odwzorowuje architekturę drewna”, jak twierdzi Shin.
Choć chipy SiC raczej nie zastąpią chipów komputerowych, materiałoznawcy są zainteresowani nowatorskimi właściwościami ceramiki zbudowanej na szablonach drewna, a w laboratorium Shina także innych materiałów naturalnych, takich jak pyłki i łuski ryżowe. Zawiła sieć mikrokanałów i porów w materii roślinnej zapewnia ogromne powierzchnie – w drewnie, 1 gram materiału rozłożonego na płasko pokryłby pole piłkarskie – które mogą okazać się przydatne w przemysłowych separacjach chemicznych lub filtrowaniu zanieczyszczeń ze ścieków gazowych.
Metoda ługowania kwasem daje identyczną, pozytywną reprodukcję drewna. Jeśli Shin chce uchwycić negatywne wrażenie, może zmienić pH, aby faworyzować podstawowy koniec skali.
„Pozytywna replika jest o wiele lepsza pod względem powierzchni i jednolitości”, powiedział Shin. „Negatywne formy łatwo się zapadają, ale możliwe jest stworzenie materiałów typu włóknistego”, w których minerały wypełniają otwory w słojach drewna.
PNNL (www.pnl.gov) jest laboratorium DOE Office of Science, które rozwiązuje złożone problemy w dziedzinie energii, bezpieczeństwa narodowego, środowiska i nauk przyrodniczych poprzez pogłębianie zrozumienia fizyki, chemii, biologii i obliczeń. PNNL zatrudnia 3,900 pracowników, ma 650 milionów dolarów rocznego budżetu i jest zarządzane przez Battelle z siedzibą w Ohio od początku istnienia laboratorium w 1965 roku.