कठोर लकड़ी से बने चाकू, टेबल पर रखे जाने वाले चाकुओं की तुलना में तीन गुना अधिक तेज होते हैं।

प्राकृतिक लकड़ी और धातु हजारों वर्षों से मनुष्यों के लिए आवश्यक निर्माण सामग्री रही हैं। जिन कृत्रिम पॉलिमर को हम प्लास्टिक कहते हैं, वे एक हालिया आविष्कार हैं जिनका 20वीं शताब्दी में व्यापक रूप से उपयोग होने लगा।
धातु और प्लास्टिक दोनों में ऐसे गुण होते हैं जो औद्योगिक और वाणिज्यिक उपयोग के लिए उपयुक्त हैं। धातुएं मजबूत, कठोर और आमतौर पर हवा, पानी, गर्मी और निरंतर तनाव के प्रति प्रतिरोधी होती हैं। हालांकि, इनके उत्पादन और शोधन में अधिक संसाधनों की आवश्यकता होती है (जिसका अर्थ है कि ये अधिक महंगी होती हैं)। प्लास्टिक धातु के कुछ कार्यों को पूरा करता है, लेकिन इसकी द्रव्यमान मात्रा कम होती है और इसका उत्पादन बहुत सस्ता होता है। इसके गुणों को लगभग किसी भी उपयोग के लिए अनुकूलित किया जा सकता है। हालांकि, सस्ते व्यावसायिक प्लास्टिक संरचनात्मक सामग्रियों के लिए बहुत खराब होते हैं: प्लास्टिक के उपकरण अच्छे नहीं होते और कोई भी प्लास्टिक के घर में रहना नहीं चाहता। इसके अलावा, इन्हें अक्सर जीवाश्म ईंधन से परिष्कृत किया जाता है।
कुछ अनुप्रयोगों में, प्राकृतिक लकड़ी धातुओं और प्लास्टिक को टक्कर दे सकती है। अधिकांश पारिवारिक घर लकड़ी के ढांचे पर बने होते हैं। समस्या यह है कि प्राकृतिक लकड़ी बहुत नरम होती है और पानी से आसानी से क्षतिग्रस्त हो जाती है, इसलिए यह प्लास्टिक और धातु का विकल्प नहीं बन पाती। मैटर नामक पत्रिका में प्रकाशित एक हालिया शोध पत्र में एक ऐसी कठोर लकड़ी सामग्री के निर्माण की खोज की गई है जो इन सीमाओं को दूर करती है। इस शोध के परिणामस्वरूप लकड़ी के चाकू और कीलें बनाई गईं। लकड़ी का चाकू कितना अच्छा है और क्या आप इसे जल्द ही इस्तेमाल करेंगे?
लकड़ी की रेशेदार संरचना में लगभग 50% सेल्यूलोज होता है, जो सैद्धांतिक रूप से अच्छी मजबूती वाला एक प्राकृतिक बहुलक है। लकड़ी की संरचना का शेष आधा भाग मुख्य रूप से लिग्निन और हेमिकेल्यूलोज से बना होता है। सेल्यूलोज लंबे, कठोर रेशे बनाता है जो लकड़ी को उसकी प्राकृतिक मजबूती का आधार प्रदान करते हैं, जबकि हेमिकेल्यूलोज की संरचना बहुत कम सुसंगत होती है और इसलिए यह लकड़ी की मजबूती में कोई योगदान नहीं देता है। लिग्निन सेल्यूलोज रेशों के बीच के रिक्त स्थानों को भरता है और जीवित लकड़ी के लिए उपयोगी कार्य करता है। लेकिन लकड़ी को संकुचित करने और उसके सेल्यूलोज रेशों को अधिक कसकर एक साथ बांधने के मानवीय उद्देश्य के लिए, लिग्निन एक बाधा बन गया है।
इस अध्ययन में, प्राकृतिक लकड़ी को चार चरणों में कठोर लकड़ी (HW) में परिवर्तित किया गया। सबसे पहले, लकड़ी को सोडियम हाइड्रॉक्साइड और सोडियम सल्फेट में उबाला गया ताकि उसमें मौजूद कुछ हेमिकेलुलोज और लिग्निन को हटाया जा सके। इस रासायनिक उपचार के बाद, लकड़ी को कमरे के तापमान पर कई घंटों तक प्रेस में दबाकर सघन बनाया गया। इससे लकड़ी में मौजूद प्राकृतिक छिद्र कम हो गए और आसन्न सेलुलोज फाइबर के बीच रासायनिक बंधन मजबूत हुआ। इसके बाद, सघनता की प्रक्रिया पूरी करने के लिए लकड़ी को 105°C (221°F) पर कुछ और घंटों के लिए दबाव में रखा गया और फिर सुखाया गया। अंत में, तैयार उत्पाद को जलरोधी बनाने के लिए लकड़ी को 48 घंटों के लिए खनिज तेल में डुबोया गया।
किसी संरचनात्मक पदार्थ का एक यांत्रिक गुण है धंसाव कठोरता, जो बल द्वारा दबाए जाने पर विरूपण का प्रतिरोध करने की उसकी क्षमता का माप है। हीरा स्टील, सोने, लकड़ी और पैकिंग फोम से अधिक कठोर होता है। कठोरता निर्धारित करने के लिए उपयोग किए जाने वाले कई इंजीनियरिंग परीक्षणों में से, जैसे कि रत्न विज्ञान में प्रयुक्त मोह्स कठोरता, ब्रिनेल परीक्षण भी एक है। इसकी अवधारणा सरल है: एक कठोर धातु की बॉल बेयरिंग को एक निश्चित बल के साथ परीक्षण सतह पर दबाया जाता है। बॉल द्वारा निर्मित वृत्ताकार धंसाव के व्यास को मापा जाता है। ब्रिनेल कठोरता मान की गणना एक गणितीय सूत्र का उपयोग करके की जाती है; मोटे तौर पर कहें तो, बॉल जितना बड़ा छेद बनाती है, पदार्थ उतना ही नरम होता है। इस परीक्षण में, HW प्राकृतिक लकड़ी से 23 गुना अधिक कठोर है।
अधिकांश बिना उपचारित प्राकृतिक लकड़ी पानी सोख लेती है। इससे लकड़ी फैल सकती है और अंततः इसके संरचनात्मक गुण नष्ट हो सकते हैं। लेखकों ने लकड़ी की जल प्रतिरोधक क्षमता बढ़ाने के लिए इसे दो दिनों तक खनिजों में भिगोकर रखा, जिससे यह अधिक जल-विरोधी (पानी से डरने वाली) बन गई। जल-विरोधी परीक्षण में सतह पर पानी की एक बूंद डाली जाती है। सतह जितनी अधिक जल-विरोधी होती है, पानी की बूंदें उतनी ही गोलाकार हो जाती हैं। दूसरी ओर, जल-प्रेमी (पानी से प्यार करने वाली) सतह पर बूंदें चपटी हो जाती हैं (और परिणामस्वरूप पानी को अधिक आसानी से सोख लेती हैं)। इसलिए, खनिजों में भिगोने से न केवल लकड़ी की जल-विरोधी क्षमता में उल्लेखनीय वृद्धि होती है, बल्कि यह लकड़ी को नमी सोखने से भी रोकती है।
कुछ इंजीनियरिंग परीक्षणों में, हार्डवुड चाकू धातु के चाकूओं से थोड़ा बेहतर प्रदर्शन करते हैं। लेखकों का दावा है कि हार्डवुड चाकू बाज़ार में मिलने वाले चाकू की तुलना में लगभग तीन गुना अधिक तेज़ है। हालांकि, इस रोचक परिणाम में एक बात ध्यान देने योग्य है। शोधकर्ता टेबल नाइफ, या जिन्हें हम बटर नाइफ कहते हैं, की तुलना कर रहे हैं। ये चाकू विशेष रूप से तेज़ नहीं होते हैं। लेखकों ने अपने चाकू से स्टेक काटते हुए एक वीडियो दिखाया है, लेकिन एक स्वस्थ वयस्क शायद उसी स्टेक को धातु के कांटे के कुंद हिस्से से भी काट सकता है, और स्टेक नाइफ इससे कहीं बेहतर काम करेगा।
कीलों के बारे में क्या? एक लकड़ी की कील को तीन तख्तों के ढेर में आसानी से ठोका जा सकता है, हालांकि लोहे की कीलों की तुलना में यह उतना आसान नहीं है। लकड़ी के खूंटे तख्तों को आपस में जोड़कर रख सकते हैं, जिससे वे अलग होने वाले बल का प्रतिरोध कर सकें, और इनकी मजबूती लोहे के खूंटों के लगभग बराबर होती है। हालांकि, उनके परीक्षणों में, दोनों ही मामलों में तख्ते कीलों के टूटने से पहले ही टूट गए, इसलिए मजबूत कीलों का पता नहीं चल पाया।
क्या लकड़ी के कीलें अन्य मायनों में बेहतर हैं? लकड़ी के खूंटे हल्के होते हैं, लेकिन संरचना का भार मुख्य रूप से उसे जोड़ने वाले खूंटों के द्रव्यमान से निर्धारित नहीं होता है। लकड़ी के खूंटे जंग नहीं पकड़ते। हालांकि, ये जलरोधी या जैव अपघटित होने योग्य नहीं होते हैं।
इसमें कोई शक नहीं कि लेखक ने लकड़ी को प्राकृतिक लकड़ी से भी अधिक मजबूत बनाने की प्रक्रिया विकसित कर ली है। हालांकि, किसी विशेष कार्य के लिए हार्डवेयर की उपयोगिता पर और अधिक अध्ययन की आवश्यकता है। क्या यह प्लास्टिक जितना सस्ता और संसाधन-रहित हो सकता है? क्या यह अधिक मजबूत, अधिक आकर्षक और अनगिनत बार पुन: उपयोग किए जा सकने वाले धातु के सामान से प्रतिस्पर्धा कर सकता है? उनका शोध कई रोचक प्रश्न उठाता है। चल रही इंजीनियरिंग (और अंततः बाजार) इन प्रश्नों का उत्तर देगी।