Nút thắt sinh khối • Alexey Yapryntsev • Ảnh khoa học về Ngày về "Nguyên tố" • Khoa học Vật liệu, Hóa học

Nút chai sinh khối

Bức ảnh này, được chụp bằng kính hiển vi điện tử quét và sau đó được sơn, cho thấy một hạt xốp của stronti hexaferrite (Sr3Co2Fe24O41) – sản phẩm của khoáng hoá sinh khối vỏ cây sồi (Quercus suber). Cấu trúc kết quả hoàn toàn lặp lại cấu trúc của nút chai – một hệ thống phát triển các lỗ chân lông hình lục giác ba chiều với kích thước khoảng 20 micron (khoảng 200 triệu miếng trên một cm khối). Cây cần các lỗ chân lông để trao đổi khí và thoát hơi nước (chuyển động của nước), và những người sáng tạo của sinh khối có thể cần chúng vận chuyển các loại khí và chất lỏng khác nhau – ví dụ, khi tạo chất xúc tác và chất hấp phụ.

Khoáng hoá sinh học (xem khoáng hóa sinh học) là việc sản xuất vật liệu với hình thái học của các vật thể sinh học trên cơ sở các vật liệu này được tạo ra. Như một ma trận sinh học cho các vật liệu như vậy sử dụng nhiều đối tượng: phân tử sinh học (DNA, protein), vi rút, vi sinh vật (vi khuẩn và nấm), mô thực vật (bông, gỗ) và động vật (cánh bướm). Nói một cách rộng rãi, khoáng hóa hình thái cũng được gọi là các quá trình xảy ra mà không có sự can thiệp của con người. Ví dụsự hình thành các hóa thạch (quá trình thay thế các mô sống với các mỏ khoáng) và thậm chí sự hình thành các lớp vỏ cứng ở nhiều sinh vật, xảy ra trên cùng một nguyên tắc (xem Biomineralization, Biomineralization).

Khoáng vật sinh học như một phương pháp tổng hợp có liên quan đến khái niệm sinh học rộng hơn (nghĩa là "bắt chước cuộc sống") – tạo ra các thiết bị, thiết bị, cơ chế hoặc công nghệ, ý tưởng và các yếu tố cơ bản được vay mượn từ thiên nhiên sống. Ví dụ, nguyên lý màu cấu trúc của sinh vật sống được sử dụng để tạo ra hình ba chiều màu và vật liệu trang trí, cũng như các loại cảm biến khác nhau trên tinh thể quang tử thay đổi màu sắc dưới ảnh hưởng của các yếu tố hóa học hoặc vật lý khác nhau (xem hình ảnh trong ngày) chuột biển).

Vật liệu thể hiện trong hình ảnh là một ví dụ về phương pháp tiếp cận sinh học dựa trên sự tổng hợp mẫu từ các mô thực vật. Những mô này hấp dẫn vì vi cấu trúc xốp của chúng – một bộ các lỗ chân lông hoặc các kênh kéo dài theo thứ tự dọc theo hướng tăng trưởng. Lỗ chân lông và các kênh là cần thiết cho việc vận chuyển chất lỏng và khí bên trong nhà máy.Trong trường hợp này, một trong các mô bên ngoài nút chai bằng gỗ sồi được sử dụng làm khuôn mẫu – nút chai, nguyên liệu tái tạo, được thu thập cứ 9-13 năm mà không gây hại cho cây (có tuổi thọ tới 300 năm). Do đó, vật liệu còn được gọi là gốm sứ sinh thái.

Khoáng hoá sinh khối của gỗ được thực hiện như sau. Ở giai đoạn đầu tiên, gỗ phải chịu nhiệt phân (charring bằng cách nung nóng hơn 900 ° C trong một dòng argon). Kết quả là, một biocarbon rất xốp được hình thành, trong đó sự xâm nhập hóa học của tiền thân từ tan chảy, dung dịch, hoặc hơi nước được thực hiện, đó là, trong thực chất, carbon thu được được ngâm tẩm với hợp chất mới, và dư thừa sau đó được loại bỏ dưới chân không. Tùy thuộc vào thành phần của tiền thân, sự xâm nhập có thể đi kèm với phản ứng với cacbon – ví dụ, một silic tan chảy phản ứng để tạo thành silic cacbua. Trong bất kỳ trường hợp nào, là kết quả của quá trình xâm nhập, một hỗn hợp được hình thành bao gồm carbon và tiền chất, hoặc một sản phẩm tương tác của tiền thân với cacbon và sản phẩm không phản ứng. Bằng cách xử lý hóa chất hoặc xử lý nhiệt thêm, các pha tạp chất được loại bỏ và tiền chất bị phân hủy / bị oxy hóa, đạt được một vật liệu có cấu trúc và thành phần nhất định.

Cấu trúc vi sinh của biocarbon thu được bằng nhiệt phân từ các mô xốp của nhiều loại gỗ khác nhau. Hình từ M. Singh và cộng sự, 2003. Gốm sứ có ý thức về mặt môi trường (tinh thể ecocer) từ tiền thân gỗ tự nhiên

Do đó thu được các vật liệu sinh học dựa trên gỗ là triển vọng như vật liệu kết cấu. Do độ bền và độ sáng cao, chúng có thể được tạo ra từ chúng, và sự hiện diện của một hệ thống lỗ rỗng thông qua đó các loại khí và chất lỏng khác nhau có thể được vận chuyển mở ra khả năng phát triển các chất hấp thụ và các bộ lọc. Ngoài ra, stronti hexaferrite là một từ trường "nhiệt độ cao" đầy hứa hẹn (xem Magnet cảm nhận điện trường, "Hóa học và cuộc sống" №5, 2013). Đồng thời, hình thái bất thường thực tế không ảnh hưởng đến tính chất của vật liệu này.

Ảnh từ bài viết R. C. Pullar, R. M. Novais, 2017. Ecoceramics.

Alexey Yapryntsev


Like this post? Please share to your friends:
Trả lời

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: