Аналитический подход может ускорить разработку новых методов консервации, приносящих пользу окружающей среде, и помочь в разработке интеллектуальных приводов на основе биотехнологий.
Древесина представляет собой очень сложную биологическую систему, и ее механические характеристики тесно связаны с взаимодействием воды с клеточными стенками - ключевым компонентом структуры. Наше понимание этого универсального материала в значительной степени зависит от обширных экспериментальных программ, включающих тысячи тестов и тщательно подготовленных образцов. Однако давайте представим, что вы можете предсказать водопоглощение обработанной древесины с помощью простой аналитической модели - какие новые перспективы это откроет, помимо снижения нагрузки на испытательные установки и отходов материалов? Исследователи из Германии и Франции положили начало этому процессу, представив уравнение состояния древесины в последнем выпуске журнала New Journal of Physics.
«Уравнения состояния - это мощные инструменты, которые можно использовать для прогнозирования фазового поведения сложных систем», - сказал Лука Бертинетти из Института коллоидов и интерфейсов им. Макса Планка (MPIKG) в Германии. «Например, разработка такого уравнения для липосом в 1970-х годах привела к огромному прогрессу в кремах и теперь является основой для разработки продуктов в индустрии личной гигиены».
Бертинетти и его коллеги по проекту - Питер Фрацль, директор MPIKG, и Томас Земб, глава Института сепаративной химии де Маркуль во Франции - считают, что их математическая модель может помочь лесной промышленности в развитии многих более экологически безопасные методы консервации древесины. Детали, представленные в уравнении состояния, позволяют исследовательскому сообществу получить более полное представление о молекулярных механизмах, управляющих сорбцией воды в древесине. В свою очередь, эти знания помогут разработчикам сформулировать способы включения или выключения этих процессов, чтобы можно было повысить или избежать поглощения воды в определенных диапазонах влажности - гораздо более элегантная альтернатива простому покрытию древесины каменноугольной смолой. Кроме того, идеи выходят за рамки сохранения древесины.
Используя результаты, представленные в статье, можно рассчитать энергетический баланс для пассивной, полностью обратимой, водной активации в клеточных стенках растений. Это полезно, так как многие растения полагаются на это поведение, чтобы рассеять семена и прорасти. Более того, производители устройств внимательно изучают процесс разработки интеллектуальных приводов, которые реагируют на внешние раздражители, такие как изменения влажности. «Описывая это поведение математически, мы можем рассчитать, сколько энергии можно извлечь, используя эти системы в качестве исполнительных механизмов, работающих в заданном диапазоне относительной влажности», - добавил Бертинетти.