প্রাকৃতিক কাঠ এবং ধাতু হাজার হাজার বছর ধরে মানুষের জন্য অপরিহার্য নির্মাণ সামগ্রী হিসেবে ব্যবহৃত হয়ে আসছে। আমরা যে কৃত্রিম পলিমারকে প্লাস্টিক বলি, তা একটি সাম্প্রতিক আবিষ্কার যা বিংশ শতাব্দীতে ব্যাপক জনপ্রিয়তা লাভ করে।
ধাতু এবং প্লাস্টিক উভয়েরই এমন বৈশিষ্ট্য রয়েছে যা শিল্প ও বাণিজ্যিক ব্যবহারের জন্য বেশ উপযুক্ত। ধাতু শক্তিশালী, অনমনীয় এবং সাধারণত বাতাস, জল, তাপ ও অবিরাম চাপের বিরুদ্ধে স্থিতিস্থাপক। তবে, এগুলোর উৎপাদন ও পরিশোধনের জন্য আরও বেশি সম্পদের প্রয়োজন হয় (যার অর্থ আরও ব্যয়বহুল)। প্লাস্টিক ধাতুর কিছু কাজ করতে পারে, অথচ এর ভর কম লাগে এবং এটি উৎপাদন করা খুব সস্তা। প্রায় যেকোনো ব্যবহারের জন্য এর বৈশিষ্ট্যগুলোকে প্রয়োজনমতো পরিবর্তন করা যায়। তবে, সস্তা বাণিজ্যিক প্লাস্টিক কাঠামোগত উপাদান হিসেবে খুবই খারাপ: প্লাস্টিকের সরঞ্জাম ভালো জিনিস নয়, এবং কেউই প্লাস্টিকের বাড়িতে থাকতে চায় না। উপরন্তু, এগুলো প্রায়শই জীবাশ্ম জ্বালানি থেকে পরিশোধিত হয়।
কিছু ক্ষেত্রে, প্রাকৃতিক কাঠ ধাতু এবং প্লাস্টিকের সাথে প্রতিযোগিতা করতে পারে। বেশিরভাগ পারিবারিক বাড়ি কাঠের কাঠামো দিয়ে তৈরি হয়। সমস্যা হলো, প্রাকৃতিক কাঠ খুব নরম এবং পানিতে খুব সহজে ক্ষতিগ্রস্ত হয়, তাই বেশিরভাগ সময় এটি প্লাস্টিক এবং ধাতুর বিকল্প হতে পারে না। 'ম্যাটার' জার্নালে প্রকাশিত একটি সাম্প্রতিক গবেষণাপত্রে এমন একটি শক্ত কাঠের উপাদান তৈরির অন্বেষণ করা হয়েছে যা এই সীমাবদ্ধতাগুলো কাটিয়ে উঠতে পারে। এই গবেষণার ফলস্বরূপ কাঠের ছুরি এবং পেরেক তৈরি হয়েছে। কাঠের ছুরিটি কতটা ভালো এবং আপনি কি শীঘ্রই এটি ব্যবহার করবেন?
কাঠের আঁশযুক্ত কাঠামোর প্রায় ৫০% হলো সেলুলোজ, যা একটি প্রাকৃতিক পলিমার এবং তাত্ত্বিকভাবে এর শক্তিগত বৈশিষ্ট্য বেশ ভালো। কাঠের কাঠামোর বাকি অর্ধেক প্রধানত লিগনিন এবং হেমিসেলুলোজ দিয়ে গঠিত। সেলুলোজ দীর্ঘ ও শক্ত আঁশ তৈরি করে যা কাঠকে তার প্রাকৃতিক শক্তির মূল ভিত্তি জোগায়, কিন্তু হেমিসেলুলোজের তেমন কোনো সুসংহত কাঠামো নেই এবং তাই এটি কাঠের শক্তিতে কোনো অবদান রাখে না। লিগনিন সেলুলোজ আঁশগুলোর মধ্যকার ফাঁকা স্থান পূরণ করে এবং সজীব কাঠের জন্য প্রয়োজনীয় কাজ করে। কিন্তু মানুষের কাঠকে সংকুচিত করার এবং এর সেলুলোজ আঁশগুলোকে আরও শক্তভাবে বাঁধার উদ্দেশ্যে লিগনিন একটি প্রতিবন্ধকতায় পরিণত হয়।
এই গবেষণায়, প্রাকৃতিক কাঠকে চারটি ধাপে শক্ত কাঠে (HW) রূপান্তরিত করা হয়েছে। প্রথমে, কিছু হেমিসেলুলোজ এবং লিগনিন অপসারণের জন্য কাঠকে সোডিয়াম হাইড্রোক্সাইড এবং সোডিয়াম সালফেটে ফোটানো হয়। এই রাসায়নিক প্রক্রিয়ার পর, ঘরের তাপমাত্রায় কয়েক ঘণ্টা ধরে একটি প্রেসে চাপ দিয়ে কাঠকে আরও ঘন করা হয়। এটি কাঠের প্রাকৃতিক ফাঁক বা ছিদ্র কমিয়ে দেয় এবং পাশাপাশি থাকা সেলুলোজ তন্তুগুলোর মধ্যে রাসায়নিক বন্ধনকে শক্তিশালী করে। এরপর, কাঠকে আরও কয়েক ঘণ্টার জন্য ১০৫° সেলসিয়াস (২২১° ফারেনহাইট) তাপমাত্রায় চাপ দিয়ে এর ঘনত্ব সম্পূর্ণ করা হয় এবং তারপর শুকানো হয়। সবশেষে, চূড়ান্ত পণ্যটিকে জলরোধী করার জন্য কাঠকে ৪৮ ঘণ্টার জন্য খনিজ তেলে ডুবিয়ে রাখা হয়।
কাঠামোগত উপাদানের একটি যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য হলো ইন্ডেন্টেশন হার্ডনেস, যা বল প্রয়োগে চাপ দিলে এর বিকৃতি প্রতিরোধের ক্ষমতার একটি পরিমাপ। হীরা ইস্পাত, সোনা, কাঠ এবং প্যাকিং ফোমের চেয়েও কঠিন। কাঠিন্য নির্ধারণের জন্য ব্যবহৃত অনেক প্রকৌশল পরীক্ষার মধ্যে, যেমন রত্নবিদ্যায় ব্যবহৃত মোহস হার্ডনেস, ব্রিনেল পরীক্ষাও একটি। এর ধারণাটি সহজ: একটি কঠিন ধাতব বল বিয়ারিং একটি নির্দিষ্ট বল দিয়ে পরীক্ষার পৃষ্ঠে চাপ দেওয়া হয়। বল দ্বারা সৃষ্ট বৃত্তাকার ইন্ডেন্টেশনের ব্যাস পরিমাপ করুন। ব্রিনেল হার্ডনেস মান একটি গাণিতিক সূত্র ব্যবহার করে গণনা করা হয়; মোটামুটিভাবে বলতে গেলে, বলটি যত বড় গর্ত তৈরি করে, উপাদানটি তত নরম। এই পরীক্ষায়, HW প্রাকৃতিক কাঠের চেয়ে ২৩ গুণ বেশি কঠিন।
বেশিরভাগ অপরিশোধিত প্রাকৃতিক কাঠ জল শোষণ করে। এর ফলে কাঠ প্রসারিত হতে পারে এবং অবশেষে এর কাঠামোগত বৈশিষ্ট্য নষ্ট হয়ে যায়। লেখকরা HW-এর জল প্রতিরোধ ক্ষমতা বাড়ানোর জন্য দুই দিনের খনিজ দ্রবণে ভিজিয়ে রাখার পদ্ধতি ব্যবহার করেছেন, যা এটিকে আরও হাইড্রোফোবিক (“জল-ভীত”) করে তোলে। হাইড্রোফোবিসিটি পরীক্ষায় কোনো একটি পৃষ্ঠের উপর এক ফোঁটা জল রাখা হয়। পৃষ্ঠটি যত বেশি হাইড্রোফোবিক হয়, জলের ফোঁটাগুলো তত বেশি গোলাকার হয়ে ওঠে। অন্যদিকে, একটি হাইড্রোফিলিক (“জল-প্রেমী”) পৃষ্ঠ ফোঁটাগুলোকে চ্যাপ্টা করে ছড়িয়ে দেয় (এবং ফলস্বরূপ আরও সহজে জল শোষণ করে)। অতএব, খনিজ দ্রবণে ভিজিয়ে রাখা শুধুমাত্র HW-এর হাইড্রোফোবিসিটিই উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি করে না, বরং কাঠকে আর্দ্রতা শোষণ করা থেকেও বিরত রাখে।
কিছু ইঞ্জিনিয়ারিং পরীক্ষায়, HW ছুরিগুলো ধাতব ছুরির চেয়ে সামান্য ভালো ফল দেখিয়েছে। লেখকদের দাবি, HW ছুরিটি বাজারে সহজলভ্য ছুরির চেয়ে প্রায় তিনগুণ বেশি ধারালো। তবে, এই আকর্ষণীয় ফলাফলের একটি সীমাবদ্ধতা রয়েছে। গবেষকরা টেবিলের ছুরি, বা যাকে আমরা বাটার নাইফ বলতে পারি, সেগুলোর সাথে তুলনা করছেন। এগুলো বিশেষভাবে ধারালো হওয়ার জন্য তৈরি করা হয় না। লেখকরা তাদের ছুরি দিয়ে একটি স্টেক কাটার ভিডিও দেখিয়েছেন, কিন্তু একজন যথেষ্ট শক্তিশালী প্রাপ্তবয়স্ক ব্যক্তি সম্ভবত একটি ধাতব কাঁটার ভোঁতা দিক দিয়েই একই স্টেক কেটে ফেলতে পারবেন, এবং সেক্ষেত্রে একটি স্টেক নাইফ অনেক ভালো কাজ করবে।
পেরেকগুলোর ব্যাপারে কী বলা যায়? তিনটি তক্তার স্তূপে একটিমাত্র শক্ত কাঠের পেরেক সহজেই হাতুড়ি দিয়ে পোঁতা যায়, যদিও লোহার পেরেকের তুলনায় এটি ততটা সহজ নয়। এরপর কাঠের খুঁটিগুলো তক্তাগুলোকে একসাথে ধরে রাখতে পারে, যা সেগুলোকে ছিঁড়ে ফেলার মতো শক্তিকে প্রতিরোধ করে এবং এগুলোর দৃঢ়তা প্রায় লোহার খুঁটির মতোই। তবে, তাদের পরীক্ষায় উভয় ক্ষেত্রেই পেরেক দুটির কোনোটি ছিঁড়ে যাওয়ার আগেই তক্তাগুলো ভেঙে গিয়েছিল, ফলে শক্তিশালী পেরেকগুলোর কার্যকারিতা প্রকাশ পায়নি।
অন্যান্য দিক থেকে কি কাঠের পেরেক ভালো? কাঠের খুঁটি হালকা, কিন্তু কাঠামোর ওজন মূলত এটিকে ধরে রাখা খুঁটিগুলোর ভরের উপর নির্ভর করে না। কাঠের খুঁটিতে মরিচা ধরে না। তবে, এটি জলরোধী নয় বা জৈবিকভাবে পচে যায় না।
এতে কোনো সন্দেহ নেই যে লেখক কাঠকে প্রাকৃতিক কাঠের চেয়েও শক্তিশালী করার একটি প্রক্রিয়া উদ্ভাবন করেছেন। তবে, কোনো নির্দিষ্ট কাজের জন্য হার্ডওয়্যারের উপযোগিতা আরও গবেষণার দাবি রাখে। এটি কি প্লাস্টিকের মতো সস্তা এবং সম্পদ-সাশ্রয়ী হতে পারে? এটি কি আরও শক্তিশালী, আকর্ষণীয় এবং অসীমভাবে পুনর্ব্যবহারযোগ্য ধাতব বস্তুর সাথে প্রতিযোগিতা করতে পারবে? তাদের গবেষণা কিছু আকর্ষণীয় প্রশ্ন উত্থাপন করে। চলমান প্রকৌশল (এবং পরিশেষে বাজার) এগুলোর উত্তর দেবে।
পোস্ট করার সময়: এপ্রিল-১৩-২০২২
