Utilizando madera endurecida, científicos de materiales de la Universidad de Maryland han logrado desarrollar un nuevo método de fabricar cuchillos afilados haciendo que la madera sea 23 veces más dura.

Ello permite, por ejemplo, fabricar cuchillos casi tres veces más afilado que un cuchillo de mesa de acero inoxidable, o clavos de madera tan afilados como los clavos de acero convencionales (y, además, resistentes a la oxidación por ser de madera).

Sacándole el máximo partido a la celulosa

Si bien el método para producir madera endurecida es nuevo, el procesamiento de la madera en general ha existido durante siglos. Lo que sucede es que la celulosa, el componente principal de la madera, tiene una relación más alta de resistencia a densidad que la mayoría de los materiales de ingeniería, como cerámica, metales y polímeros, pero nuestro uso actual de madera apenas alcanza su máximo potencial.

A pesar de que se utiliza a menudo en la construcción, la resistencia de la madera es inferior a la de la celulosa. Esto se debe a que la madera está compuesta solo por un 40% - 50% de celulosa, y el resto está compuesto por hemicelulosa y lignina, que actúa como aglutinante.

El proceso para crear esta supermadera tiene dos pasos. El primer paso requiere hervir la madera a 100 grados Celsius en un baño de productos químicos. De esta manera se deslignifica parcialmente la madera. Por lo general, la madera es muy rígida, pero después de quitar la lignina, se vuelve blanda, flexible y algo blanda.

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En el segundo paso, se realiza un prensado en caliente aplicando presión y calor a la madera procesada químicamente para densificar y eliminar el agua. Una vez que el material se procesa y se talla en la forma deseada, se recubre con aceite mineral para prolongar su vida útil. La celulosa tiende a absorber agua, por lo que este recubrimiento conserva el filo del cuchillo durante el uso y cuando se lava en el fregadero o lavavajillas.

Los árboles y otras plantas producen celulosa ellos mismos y la usan para construir estructuras complejas con extraordinarias propiedades mecánicas.

A fin de crear objetos de complejidad casi ilimitada que contengan altos niveles de partículas de celulosa, un grupo de investigadores de ETH Zurich ha hallado una forma de procesar la celulosa mediante la impresión 3D.

Celulosa

No es la primera vez que se consigue algo así, pero los enfoques anteriores no habían podido producir objetos sólidos con un contenido y complejidad de celulosa tan altos.

Para lograr este hito, cuya investigación ha sido publicada en la revista Advanced Functional Materials, los investigadores combinaron la impresión mediante el método de escritura directa de tinta (DIW) con un proceso de densificación posterior para aumentar el contenido de celulosa del objeto impreso a una fracción de volumen del 27 %.

La composición de la tinta de impresión se compone solo de agua en la que se han dispersado partículas de celulosa y fibras que miden unos cientos de nanómetros. El contenido de celulosa está entre seis y 14 % del volumen de tinta.

Con este método, los investigadores pudieron fabricar varios objetos compuestos, incluidos algunos de naturaleza delicada, como un tipo de escultura de horno de solo 1 milímetro de espesor.

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Además, dependiendo del tipo de precursor plástico utilizado, los investigadores pueden ajustar las propiedades mecánicas de los objetos impresos, como su elasticidad o resistencia.

Si bien las piezas obtenidas son pequeñas, existen muchas aplicaciones potenciales, desde empaques personalizados hasta implantes de reemplazo de cartílago para oídos.

Superando ya al acero e incluso a la seda de araña dragalina, investigadores suecos han logrado el biomaterial más fuerte de la historia: fibras de celulosa artificiales, los bloques de construcción esenciales de la madera y otras plantas.

Podría usarse como una alternativa ecológica para el plástico en aviones, automóviles, muebles y otros productos. También tiene potencial para la biomedicina, ya que la celulosa no es rechazada por su cuerpo.

Fibras de celulosa artificiales

Según Daniel Söderberg, del KTH Royal Institute of Technology en Estocolmo, cuyo estudio de este nuevo biomaterial ha sido publicado en la revista ACS Nano de la American Chemical Society, las nanofibras de celulosa (CNF) han sido concebidas usando un nuevo método de producción: transfiriendo las propiedades mecánicas únicas de estas nanofibras a un material macroscópico y liviano.

Para lograrlo, el procedimiento (llamado enfoque hidrodinámico) consistió en tomar nanofibras de celulosa disponibles en el mercado que tienen solo 2 a 5 nanómetros de diámetro y hasta 700 nanómetros de largo. A continuación, se suspendieron en agua y se alimentaron en un pequeño canal, de solo un milímetro de ancho y fresado en acero.

A través de dos pares de flujos perpendiculares, agua adicional desionizada y agua con un bajo valor de pH ingresaron al canal desde los lados, comprimiendo la corriente de nanofibras y acelerándola. No se necesita cola ni ningún otro componente, las nanofibras se ensamblan formando un hilo. Las mediciones mostraron una rigidez a la tracción de 86 gigapascales (GPa) para el material y una resistencia a la tracción de 1,57 GPa. Según explica Söderberg:

Las fibras de nanocelulosa de origen biológico fabricadas aquí son 8 veces más rígidas y tienen resistencias más altas que las fibras de seda de araña dragalina natural. Si se está buscando un material con base biológica, no hay nada como eso. Y también es más resistente que el acero y cualquier otro metal o aleación, así como fibras de vidrio y la mayoría de otros materiales sintéticos.

Los instrumentos que usamos cotidianamente para leer y escribir son mucho más extraordinarios de lo que parecen. Por ejemplo, el lápiz surgió fortuitamente de una serie de casaulidades que empezaron con un rayo descuajaringando un árbol en Inglaterra.

De igual modo, el papel fue a lo largo de la mayor parte de nuestra historia un material escaso y caro, y que a vista microscópica es mucho más extraño de lo que parece a simple vista.

No precisamente liso

Un papel donde anotamos algo parece un material liso y regular, pero esta impresión es falsa: en realidad está formado por pequeñas fibras finísimas que se parecen todas juntas a un puñado de heno. Esta estructura tan compleja está a escala microscópica y escapa a nuestro sentido del tacto.

El papel procede generalmente de los árboles, y la firmeza de estos se debe a una fibra microscópica llamada celulosa, cuyos filamentos están unidos por un pegamento orgánico conocido como lignina, una sustanta muy dura y elástica que puede durar siglos. Tal y como lo explica Mark Miodiwnik en su libro Cosas (y) materiales:

Cuesta mucho trabajo separar los filamentos de celulosa de la lignina: es como intentar quitarse un chicle del pelo. Se trata de triturar la madera y hervir los trocitos a una temperatura muy alta con un cóctel químico que libera la celulosa rompienso sus enlaces cion la lignina. Lo que queda es una maraña de fibras conocida como pulpa de madera. Madera líquida, de hecho: vista con un microscopio, parece un montón de espaguetis con una salsa acuosa. Después de dejarla secar sobre una superficie lisa, se obtiene el papel. (...) Para que sea blanco, suave y brillante hay que aplicarse un agente blanqueador, así como partículas blancas y muy finas de carbonato de calcio, o tiza en polvo.

Imagen | ikeX

Un prototipo de circuito integrado hecho casi enteramente de madera ha sido investigadores de la Universidad de Wisconsin-Madison que, en colaboración con el Department of Agriculture Forest Products Laboratory estadounidense.

La base del chip está hecho con nanofibras de celulosa, según han publicado en Nature Communications. El trabajo del equipo pretende demostrar un proceso más ecológico respecto de los chips existentes. La mayoría de los dispositivos inalámbricos actuales utilizan un componente llamado Arseniuro de galio, que contiene arsénico (tóxico para el medio ambiente)

Según señala Zhiyong Cai, líder del proyecto:

Si coges un árbol grande y lo reduces a su fibras individuales, el producto más común de esta operación es el papel convencional. Pero si lo descompones hasta la escala de nanómetro (la milmillonésima parte de un metro), obtienes un material flexible, transparente y muy robusto: el papel de nanofibras de celulosa.

A veces elevamos a la categoría de románticas una serie de situaciones que, tras ser analizadas con la lupa de la ciencia, acaban teniendo una naturaleza contradictoria o directamente abyecta. Uno de los mejores ejemplos es el olor de las bibliotecas que tanto parece inspirar a los literartos y a los amantes de las letras. En realidad, sentirse inspirado por ese olor es como sentirse inspirado por el olor a napalm cuando uno se define como discípulo de Gandhi.

Y es que ese olor no es más que un síntoma de la destrucción de la biblioteca: nos parece inspirador que se destruya justamente aquello que adoramos.

Lorena Gibson, una químico de la Universidad de Strathclyde, en Escocia, es la responsable de un proyecto denominado Patrimonio de olores, en el que se identifican los problemas de salud de los libros en sus etapas iniciales gracias al matiz en el olor que desprenden. Incluso están trabajando en un espectrómetro de masas portátil, una especie de nariz artificial que localiza las moléculas que causan el olor a humedad.

“Oliendo” los gases emitidos por 72 documentos antiguos de los siglos XIX y XX con una nueva técnica llamada degradómica material, un equipo de científicos británicos y eslovenos ha conseguido identificar 15 moléculas volátiles que podrían ser buenos marcadores para cuantificar a ciencia cierta el riesgo de que se degraden la celulosa, la lignina, la fibra de madera y otros componentes de los libros.

El olor de los libros antiguos es el resultado de cientos de compuestos orgánicos volátiles (VOCs, por sus siglas en inglés) liberados desde el papel al aire. El principal responsable de que una biblioteca huela como huela es la desintegración de celulosa del papel de la que están confeccionados los libros. Desde mediados del siglo XIX, cuando los fabricantes de papel empezaron a usar pasta en lugar de algodón o lino, la mayoría del papel contiene un compuesto inestable que se llama lignina (el polímero orgánico más abundante en el mundo vegetal, que desprende olor a vainilla).

De algún modo, pues, ese olor que tanto nos gusta de los libros es olor a muerto, a muerte de libro, un síntoma que debería ponernos en guardia si queremos conservar el libro en cuestión.

¿Os acordáis de la función de los seres humanos en la película Matrix? Sí, éramos algo así como baterías para los robots. Algo parecido se está consiguiendo con las vacas, que se han convertido en células de combustible gracias al investigador Hamid Rismani-Yazdi y sus colegas.

Concretamente, dos de estas células generarían una electricidad suficiente para recargar una pila tipo AA. O una energía es suficiente para alimentar una diminuta bombilla de árbol de Navidad.

La fuente de energía para estas células de combustible proviene de la descomposición de la celulosa por bacterias presentes en el fluido, rico en microorganismos, existente en la mayor de las cámaras del estómago de las vacas. Para producir la energía, los investigadores llenan un compartimiento de una célula de combustible microbiana con la celulosa y ese fluido estomacal. Y entonces se produce la energía cuando las bacterias descomponen la celulosa.

La celulosa, por cierto, es uno de los recursos más abundantes en nuestro planeta.

En los experimentos, se agregaba la celulosa a las células de combustible cada dos días, para alimentar a las bacterias. La producción energética de estas células es sostenible por tiempo indefinido. A modo de ejemplo, los investigadores hicieron funcionar estas células durante tres meses seguidos.

Así pues, las vacas, además de darnos leche (y ser un grave problema para la contaminación del planeta), podrían ser futuras fuentes de energía.

Vía | La Flecha

Los diarios comunes son impresos en un papel hecho de fibras de celulosa, que se obtiene de la pulpa de madera. Las fibras son generalmente largas, del orden de decenas de micrómetros de ancho y el papel resultante es bastante frágil (no resulta difícil romper una hoja.) Ahora, investigadores en Japón y Suecia desarrollaron un papel mucho más resistente, utilizando fibras de celulosa mucho menores. Este "nanopapel" tiene una resistencia a tensiones mayor que la del hierro fundido.

Marielle Henriksson del Instituto de Tecnología de Estocolmo, Suecia y sus colegas, usaron encimas y una técnica de golpes "gentiles" para producir fibras con un ancho del orden de decenas de nanómetro (mil millonésima parte de un metro) es decir casi mil veces menor que las fibras comunes. Las nanofibras fueron luego mezcladas con agua y filtradas a vacío para formar el papel. Los investigadores informan que el papel es más bien poroso, pero con una gran resistencia a rasgaduras; ellos sugieren que esa propiedad es debida a la gran cohesión que existe entre las fibras y su fortaleza individual. Según los investigadores, si en algún momento este papel fuera desarrollado comercialmente, tendría grandes aplicaciones en la construcción, como material de refuerzo, por ejemplo.

Más Información | New York Times (en Inglés)