Bild i full storlek finns tillgänglig genom kontakt
RICHLAND, Wash.–Kalifornien har Silicon Valley. Kan en Silicon Forest i Washington stå på tur? Ett team av materialforskare från Pacific Northwest National Laboratory är på gång.
Yongsoon Shin och kollegor vid energidepartementets laboratorium har omvandlat trä till mineral och på några dagar åstadkommit det som det tar naturen miljontals år att göra på platser som Gingko Petrified Forest, en timme uppströms Columbiafloden. Där har träden troligen fällts i ett katastrofalt utbrott och begravts utan syre under lava. Under eoner har träden lakat ut sina träföreningar och tagit upp markens mineraler.
Shins resa i förstenat trä började på ett mindre dramatiskt sätt, några minuter bort på Lowe’s, rapporterar Shins grupp i det aktuella numret av tidskriften Advanced Materials, i gör-det-själv-kedjans timmerlager. Där hämtade de sitt råmaterial: furu- och poppelbrädor. Tillbaka på PNNL gav de en 1 centimeter stor kub av träet ett två dagars syrabad, blötläggde den i en kiseldioxidlösning i ytterligare två dagar (för bästa resultat, upprepa detta steg upp till tre gånger), lufttorkade den, stoppade in den i en argonfylld ugn som gradvis skruvas upp till 1 400 grader Celsius för att koka i två timmar, och lät den sedan svalna i argon till rumstemperatur.
Presto. Direkt förstenat trä, där kiseldioxiden tar permanent plats med det kol som finns kvar i cellulosan för att bilda en ny kiselkarbid eller SiC-keramik. Materialet ”replikerar exakt träarkitekturen”, enligt Shin.
Och även om det är osannolikt att SiC-chips kommer att ersätta datachips, är materialforskare intresserade av de nya egenskaperna hos keramik som byggs på mallar av trä och, i Shins labb, andra naturmaterial som pollen och risskal. Det intrikata nätverket av mikrokanaler och porer i växtmaterial ger enorma ytor – i trä skulle 1 gram material utplattat täcka en fotbollsplan – som kan visa sig användbara i industriella kemiska separationer eller filtrering av föroreningar från gasformiga avloppsvatten.
Syrautlakningsmetoden ger en identisk, positiv reproduktion av träet. Om Shin vill fånga ett negativt intryck kan han ändra pH-värdet så att det gynnar den lägre delen av skalan.
”Den positiva kopian är mycket bättre när det gäller yta och jämnhet”, säger Shin. ”Negativa former kollapsar lätt, men det är möjligt att göra fiberliknande material”, där mineralerna fyller ut öppningar med träkorn.
PNNL (www.pnl.gov) är ett laboratorium inom DOE:s vetenskapsbyrå som löser komplexa problem inom energi, nationell säkerhet, miljö och biovetenskap genom att främja förståelsen för fysik, kemi, biologi och beräkning. PNNL har 3 900 anställda, en årlig budget på 650 miljoner dollar och har förvaltats av Ohio-baserade Battelle sedan laboratoriet startades 1965.