Как сделать дерево из природных материалов: Дерево из природных материалов на тему осень

Содержание

мастер-класс с фото и видео 💐

Топиарий из природного материала «Нотки осени» посажен в изящный глиняный горшок, изготовлен преимущественно из натурального декора. Просушенные каштаны, желуди, сизаль и половинки орехов гармонично сочетаются с желтыми розами из салфеток, декоративным шиповником, пенопластовыми ягодами и тычинками. Осенний топиарий выдержан в аутентичном ЭКО стиле, но вместе с тем — все материалы прочные, дерево не требует особого ухода.

Содержание мастер-класса

  1. Необходимые материалы
  2. Видео МК природный топиарий
  3. Мастер-класс в 1 картинке
  4. Пошаговый МК с фото
  5. Презентация фото осеннего дерева
  6. Похожие мастер-классы

Использован самодельный шар из синтепона с обмоткой нитками. Также подойдет пенопластовый шар диаметром 10 см.

Общая высота осеннего топиария — 35 см, горшка — 8 см, диаметр кроны с декором — 13 см. На изготовление дерева таких размеров всего необходимо 3-4 часа: понадобится заранее выкрасить орехи и желуди, а также сделать шарики из сизаля

Материалы для создания топиария из природного материала «Нотки осени»

Для изготовления осеннего дерева счастья понадобится:

  • Глиняный горшок.
  • Палочки для мороженого.
  • Декоративный засушенный мох.
  • Шлифованная ветка.
  • Кофейные зерна.
  • Шишки ольхи и лиственницы.
  • Калина гладкая бордового цвета.
  • Калина сахарная зеленого цвета.
  • Декоративный шиповник.
  • Желуди с шапочками.
  • Высушенные каштаны.
  • Половинки грецких орехов.
  • Макароны — звездочки.
  • Декоративная пенопластовая травка желтого цвета.
  • Желтые розы из вискозных салфеток.
  • Шарики из коричневого сизаля.
  • Подложка — сизаль молочного цвета.
  • Тканевые листики.
  • Звездочки бадьяна.
  • Шарик из зеленой лозы.
  • Краска акриловая: коричневая, желтая+белая, зеленая, фисташковая.
  • Шар из синтепона с обмоткой нитками.
  • Гипс + вода — 150 мл смеси.
  • Клеевые палочки силикона для термопистолета (использован диаметр 7 мм, длина 20 см) — 4 шт.

Видео мастер-класс — осенний топиарий

Удобный пошаговый мастер-класс в отличном FullHD 1080p качестве, как сделать топиарий из природного материала «Нотки осени» своими руками.

Как сделать топиарий из природного материала своими руками — МК в 1 картинке

Понравился формат мастер-класса в 1 картинке? Смотрите все топиарии своими руками от Алены Тихоновой!

Пошаговый мастер-класс с фото — топиарий из каштанов и желудей

Этап I. Выкраски

В композиции топиария из природного материала «Нотки осени» доминируют коричневые оттенки, поэтому желуди красим в фисташковый цвет, чтобы разнообразить цветовую палитру. Чтобы получить нужный оттенок, смешиваем зеленый и белый акрил.

Чтобы гармонично подобрать цветовую гамму, рекомендуем заранее сделать выкраски на бумаге — по цветам материалов, которые будем клеить. Выбираем доминантный цвет и несколько дополнительных оттенков.

Этап II. Изготовление шара и декор кроны

Ствол осеннего топиария заранее шлифуем и красим акрилом — смешиваем коричневый и черный, чтобы получить насыщенный шоколадный цвет.

Шар (d=10 см) изготовлен из синтепона и плотно обмотан нитками. Основу также можно сделать из обрезков тканей, старых газет и даже из монтажной пены! 8 способов, как сделать шар для топиария — в подробной статье.

На основе делаем подложку из сизаля, чтобы подчеркнуть колорит природных материалов. Клеим на крону в хаотичном порядке, чередуя:

  • Просушенные каштаны.
  • Крашеные орехи и желуди.
  • Шапочки желудей.
  • Розы из желтых вискозных салфеток. Подробно, как сделать цветы из салфеток.
  • Шишки лиственницы и ольхи.
  • Декоративный шиповник.
  • Декоративные ягоды — сахарные и гладкие.
  • Пенопластовая травка.
  • Шарики и сизаля.

 

Цветовая изюминка композиции природного топиария «Нотки осени» — бордовые гладкие ягоды.

Этап III. Декор, заливка и заполнение горшка

Обогащаем однотонный глиняный горшок: клеим деревянные палочки, чередуя с кофейными зернами и макаронами-звездочками.

Чтобы связать верх топиария с низом, красим ободок горшка желтым — в цвет с розами. Удобнее покрасить горшок перед декором.

Готовим смесь гипса и воды консистенции густой сметаны (пропорция 1к1). Добавим в раствор шарики из фольги, чтобы глиняный горшок не лопнул при высыхании и расширении гипса.

Также можно добавить кусочки пенопласта или губки. Раскрываем все секреты заливки топиария в отдельной статье.

Выбираем подложку для основания осеннего дерева счастья, чтобы подчеркнуть натуральность: сизаль, мох, окрашенные добавки, кокосовый ворс или сухоцветы.

У основания топиария из природного материала выборочно дублируем декор с кроны: желудь, плюска, ягоды, шишка, шарик из лозы.

Чтобы защитить топиарий из природного материала от повреждений насекомыми, готовое дерево слегка обрабатываем любым лаком для волос.

Топиарий из осенних материалов «Нотки осени» — фото презентация

Все фото топиариев от Алены Тихоновой смотрите в общей подборке!

Понравился мастер-класс по топиарию из природного материала с каштанами, желудями, сизалем и грецкими орехами? Подписывайтесь на нашу рассылку и оставляйте комментарии!

Топиарий своими руками пошагово ? как сделать дерево счастья, искусственные цветы из бумаги, лент, фото

Осенний пейзаж необычайно завораживает. Разноцветные листья, последние цветы и травы ещё радуют своим присутствием и разнообразием. Урожай садов доставляет удовлетворение их владельцам. Грибы и осенние ягоды зовут на тихую охоту. Но скоро со всем этим великолепием придётся расстаться. Однако выход есть!

Сделанный топиарий из природного материала своими руками, поможет сохранить частичку золотой осени не только в памяти, но и украсит любой интерьер, внесёт нотки уюта в домашнюю остановку. 

Да и если в детский садик или школу понадобилась оригинальная поделка на осеннюю тематику – выходом будет такой топиарий. Интересная информация и пошаговая инструкция – в нашей статье.

Содержание материала

  • 1 Что же такое топиарий или «Дерево счастья»
    • 1.1 Галерея: осенний топиарий (25 фото)
    • 1.2 Мастер класс по изготовлению чудо — дерева
    • 1.3 Оформление кроны Волшебного осеннего дерева
    • 1.4 Листья легко превратить в букет роз
    • 1.5 Хорошо поддержат тему осени композиции, в основе которых, жёлуди
    • 1.6 Композиция: Яблочное дерево
    • 1.7 Топиарий из природного материала «Бабье лето»
    • 1.8 Другие виды хенд мейда

topia — по латыни означает декоративно остриженный садовый участок. Искусство стрижки деревьев Римская империя практиковала во времена своего расцвета.

Сады Семирамиды в Азии прославляли это мастерство. Япония подобное оформление деревьев называет бонсай. Оно имеет также и древнекитайские корни.

В китайской науке фэн – шуй, деревья счастья способны помочь в достижении здоровья, долголетия и богатства. Так, что это не только красивая, но и полезная вещица и многие люди предпочитают вместо живых цветов иметь в доме топиарии. Почему?

Ответ прост:

  1. Отсутствие времени или желания ухаживать за комнатными растениями.
  2. Цветы в вазах поднадоели своим однообразием и шаблонностью.

Цветок счастья не требует особого ухода, красив и малобюджетен

Но все же ухаживать за ним иногда придётся: сдувать пыль, беречь от влаги и падения.

Конечно, приобрести это чудо — деревце не составит труда, а можно смастерить его своими руками

Крона, прямой или кривоватый ствол, подставка или декорированный горшочек, ещё фантазия, терпение — и деревце украсит интерьер и доставит радость окружающим.

В идеале крона имеет форму шара, но не редкость и другие геометрические фигуры, цветок или сердечко.

Основа кроны может быть изготовлена из пенопласта, ненужного клубка ниток фольги, бумаги, пластикового мячика или старого ёлочного шарика.

Несложно сделать её своим руками, используя технику папье-маше.

Для этого понадобится:

  • воздушный шар;
  • туалетная бумага;
  • ПВА клей.

План действий:

  1. До определённых размеров надувают шар.
  2. Обклеивают кусками туалетной бумаги слоем в 1 см.
  3. После высыхания клея, шар можно сдуть и вытащить.

Уместна для этого монтажная пена, которая легко примет форму сердца.

Для этого:

  • Пену выдавливают в прочный пакет.
  • Высушивают.
  • Вырезают форму канцелярским ножом.

Ствол можно сконструировать с помощью проволоки, обычного карандаша или деревянной палочки, связать вместе несколько палочек для шашлыка, подойдёт старая сухая изогнутая ветка или толстая пластиковая трубка. Карандаш следует обмотать шпагатом или бечёвкой и зафиксировать верёвку лаком.

Основой для установки дерева может служить горшок, кружка, контейнер или баночка.

Ствол деревца крепится в основание с помощью гипса, цемента, пенопласта, монтажной пены или флористической губки.

Галерея: осенний топиарий (25 фото)

Мастер класс по изготовлению чудо — дерева

Основу кроны своими руками следует сделать так:

Ствол

  • листы бумаги или газеты скатать в шар;
  • обмотать шар фольгой и перевязать тонкой верёвкой по окружности;
  • поверхность загрунтовать и оставить сохнуть;
  • обмотать бечёвкой, лентой из атласа, или покрасить;
  • в основе проделать отверстие, вставить ствол и скрепить детали клеем следует помнить, что ствол должен надёжно удерживать основу.

Основание

  • Чтобы деревце было устойчивым нужно залить его гипсом, вставив в него ствол.
  • После того как заливка высохнет, следует начать декорирование её поверхности камешками, зёрнами, мхом, ракушками тканью или кружевом.

Оформление кроны Волшебного осеннего дерева

Осенний топиарий из природного материала легко смастерить своими руками пользуясь данными рекомендациями. Особых правил в оформлении кроны нет, но материал и соблюдение единого стиля необходимы.

Дары золотой осени — жёлтые, пурпурные, красные и зелёные листья, сухоцвет, шишки, жёлуди, трава, рябиновые гроздья, коряги, камни, прекрасно подойдут для изготовления дерева счастья. Можно сочетать натуральные и искусственные элементы. Благодаря этому топиарий из природных материалов получится необычными и оригинально.

Осенние листья быстро высыхают и теряют цвет. Преждевременное высыхание можно предотвратить.

Для этого есть несколько способов:

  1. Традиционный способ – высушить листья в книге. Но при этом цвет не сохранится.
  2. Высушить утюгом через лист бумаги.
  3. Опустить в расплавленный парафин или воск: плавим парафин и кладём в него листочки, обмакиваем и вытаскиваем, после этого просушиваем. Цвет листьев останется ярким.
  4. Маринуем в глицерине:
  5. Смешиваются одна мера глицерина и 2 меры воды. Листья в растворе должны находиться от десяти до тридцати дней. В этом случае они приобретут блеск и не потеряют цвет.
  6. Высушить в микроволновой печи. Для этой сушки берутся свежие листья и укладываются между бумажными полотенцами на тридцать секунд.
  7. Самый простой способ обрызгать листья лаком для укладки волос.
  8. Собранные в лесу или в парке своими руками красивые листочки легко украсят чудо — дерево.

Листья легко превратить в букет роз

Красивый букет, изготовленный с помощью осенних листьев, может получиться только благодаря обработанным глицерину листочкам:

Для изготовления роз из листьев своими руками необходимо:

  1. Свернуть листочек лицевой стороной пополам.
  2. Затем, сделать из него сердцевину. Для этого он сворачивается в рулон.
  3. Вокруг этого первого рулончика строятся лепестки ряд за рядом. Но лицевая сторона должна находиться внутри.
  4. Половинку листочка следует перегнуть. Линия сгиба на один сантиметр выше сердцевины.
  5. Ещё раз наружу перегибаем листок, но линию перегиба не нужно разглаживать.
  6. Оборачиваются, таким образом, все стороны.

Когда цветок готов, основание цветка закрепляется нитками. Количество роз зависит от объёма основы.

Кроме роз из листьев, поделку можно украсить ягодками рябины, полынью или другими природными материалами. Когда изделие готово, тщательно обрызгайте его лаком для волос.

На основание кроны бутоны крепятся с помощью.

Хорошо поддержат тему осени композиции, в основе которых, жёлуди

Начать изготовление нужно с верхушки дерева:

  1. К заготовке, жёлуди следует приклеить верхней частью.
  2. Стебель стоит укоротить до нужной длины.
  3. Затем закрепить конструкцию и приступить к дальнейшему декорированию изделия.

Интересные и стильные бусы из желудей для топиария из природных материалов, так же поддержат тему и будут уместны для оформления ствола:

  • с желудей следует убрать шляпки;
  • насквозь проколоть их шилом;
  • нанизать на прочную нить;
  • желудёвые шапочки нужно соединить попарно, чтобы получилось подобие бусинок.

Когда изделие подсохнет, стоит его раскрасить разным цветом.

Обвитый ими ствол дерева счастья выглядит очень оригинально.

Композиция: Яблочное дерево

В ней используются свежие осенние яблоки или груши. Яблочное дерево — прекрасное украшение и хорошее дополнение интерьера.

Нам понадобится:

  • пенопласт круглой или конусообразной формы;
  • небольшие по форме свежие яблоки или груши количеством 15 – 20 штук;
  • веточки с листьями;
  • деревянные шпажки;
  • горшок;
  • острые ножницы;
  • термоклеевой пистолет.

Как прикрепить фрукты к кроне

  1. Форму из пенопласта нужно поместить в горшок и укрепить клеем.
  2. Вставляем в пенопласт шпажку, на поверхности должно остаться около четырёх, пять сантиметров.
  3. Заполняем форму яблоками равномерно — по 1 яблоку с каждой стороны.
  4. После чего, всю площадь оформляем яблоками и зеленью.
  5. Ножницами нужно обрезать немного самшита и украсить пространство своими руками, пока форма не будет полностью закрыта.

Совет: хранить чудо — дерево нужно в прохладном месте.

Топиарий из природного материала «Бабье лето»

«Бабье лето», так называется необычный осенний топиарий, который нетрудно изготовить своими руками.

Крона украшена осенними растениями: сухоцвет цветов бессмертника, растения зайцехвост и лагурус. Также используется лыко и перья.

Ствол дерева сделан с помощью гелихризума.

Горшочек – декоративная высохшая тыква.

Кроме этого:

  • пенопластовый шар;
  • кружево;
  • ПВА и гелиевый клей.
  • гипс, штифты или обычные скрепки, ножницы;
  • нитки, картон, два листа бумаги.

Этапы выполнения осеннего топиария «Бабье лето» своими руками:

  1. Для начала нужно закрепить ствол. Для этого следует слегка заточить ствол и воткнуть в пенопластовый шар внутрь не три сантиметра для формирования отверстия в которое затем налить клей и склеить шар со стволом.
  2. Теперь нужно приступить к изготовлению горшка.
  3. У высохшей декоративной тыквы нужно отпилить верхушку, очистить от семян и задекорировать, с помощью клея ПВА хлопковым кружевом.
  4. После того, следует приступить к изготовлению декоративных элементов, которыми будет украшена крона.

Цветочки должны быть закреплены в лыковые и сизалевые гнёзда, которые изготавливаются следующим образом:

  • Лыко наматываем на картон и завязываем ниткой, затем картон следует вынуть и расслоить волокна, придав форму гнёзда.
  • Сизаль отрываем кусочками и наклеиваем на заранее вырезанные кружочки, оформляя в форму гнёзда.

Перья белого цвета следует окрасить с помощью чая.

Когда декоративный материал готов можно приступить к украшению кроны

  1. Закрепляем перья.
  2. Гнёзда.
  3. Прикладываем цветок.

Таким образом, нужно заполнить весь этот шар. Незакрытые места заклеиваем лагурусом.

Наше чудо — деревце начинаем высаживать в тыквенный горшочек.

Для этого:

  • нужно гипс превратить в сметаноподобную массу с помощью воды;
  • залить полученную массу в горшок;
  • вставить в него ствол.

Осенний топиарий из природного материала «Бабье лето» изготовленная своими руками будет хорошим украшением для интерьера и прекрасным оригинальным подарком.

Видео урок по изготовлению топиария из природных материалов пошагово:

Другие виды хенд мейда

Переработка объемной натуральной древесины в высокоэффективный конструкционный материал

Ссылки

  1. Wang, J. , Cheng, Q. & Tang, Z. Слоистые нанокомпозиты, вдохновленные структурой и механическими свойствами перламутра. Хим. соц. 41 , 1111–1129 (2012)

    Статья Google ученый

  2. Милитцер М. Синхротронный взгляд на сталь. Наука 298 , 975–976 (2002)

    Статья КАС Google ученый

  3. Подсядло, П. и др. Сверхпрочные и жесткие слоистые полимерные нанокомпозиты. Наука 318 , 80–83 (2007)

    Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ КАС Google ученый

  4. Zhu, Y.T. & Liao, X. Металлы с наноструктурой: сохранение пластичности.

    Нац. Матер. 3 , 351–352 (2004)

    Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ КАС Google ученый

  5. Fratzl, P. & Weinkamer, R. Иерархические материалы природы. Прог. Матер. науч. 52 , 1263–1334 (2007)

    Статья КАС Google ученый

  6. Гао, Х., Цзи, Б., Ягер, И.Л., Арцт, Э. и Фрацль, П. Материалы становятся нечувствительными к дефектам в наномасштабе: уроки природы. Проц. Натл акад. науч. США 100 , 5597–5600 (2003)

    Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ КАС Google ученый

  7. Мейерс, М. А., МакКиттрик, Дж. и Чен, П.-Ю. Конструкционные биологические материалы: критическая механика-материальные связи.

    Наука 339 , 773–779 (2013)

    Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ КАС Google ученый

  8. Zhu, H. et al. Аномальный закон масштабирования прочности и ударной вязкости целлюлозной нанобумаги. Проц. Натл акад. науч. США 112 , 8971–8976 (2015)

    Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ КАС Google ученый

  9. Достопочтенный, Д. Н.-С. & Shiraishi, N. Wood and Cellulosic Chemistry (CRC Press, 2000)

  10. Erickson, E. Механические свойства многослойной модифицированной древесины (Министерство сельского хозяйства США, Лесная служба, Лаборатория лесных товаров, 1965)

  11. Фанг, С.-Х., Мариотти, Н., Клотье, А., Кубаа, А. и Бланше, П. Уплотнение шпона путем сжатия в сочетании с теплом и паром.

    евро. Дж. Вуд Вуд Прод. 70 , 155–163 (2012)

    Статья КАС Google ученый

  12. Бехта П., Хизироглу С., Шепелюк О. Свойства фанеры из прессованного шпона как строительного материала. Матер. Дес. 30 , 947–953 (2009)

    Статья КАС Google ученый

  13. Культикова Е.В. Связь структуры и свойств уплотненной древесины (Вирджинский политехнический институт и государственный университет, 1999)

  14. Парил, П. и др. Сравнение отдельных физико-механических свойств уплотненной древесины бука, пластифицированной аммиаком и насыщенным паром. евро. Дж. Вуд Вуд Прод. 72 , 583–591 (2014)

    Статья Google ученый

  15. Нави П. и Хегер Ф. Комбинированное уплотнение и термогидромеханическая обработка древесины. МИССИС Бык. 29 , 332–336 (2004)

    Статья Google ученый

  16. Гонг, М., Ламасон, К. и Ли, Л. Интерактивный эффект уплотнения поверхности и последующей термообработки древесины осины. Дж. Матер. Процесс. Технол. 210 , 293–296 (2010)

    Статья Google ученый

  17. O’Connor, J. P. Повышение прочности и жесткости древесины за счет вязкоупругого термического сжатия. Магистерская диссертация, Университет штата Орегон, https://ir. library.oregonstate.edu/concern/graduate_thesis_or_dissertations/8623j074v (2007)

  18. Лейн, К., Сегерхольм, К., Валиндер, М., Рауткари, Л. и Хьюз, М. Уплотнение и термическая модификация древесины: твердость, восстановление схватывания и микроморфология. Науки о древесине. Технол. 50 , 883–894 (2016)

    Артикул КАС Google ученый

  19. Кутнар А. и Камке Ф. А. Сжатие древесины в условиях насыщенного пара, перегретого пара и переходных условиях при 150°C, 160°C и 170°C. Wood Sci. Технол. 46 , 73–88 (2012)

    Статья КАС Google ученый

  20. Hill, C.A. et al. Сорбционные свойства водяного пара термомодифицированной и уплотненной древесины. Дж. Матер. науч. 47 , 3191–3197 (2012)

    Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ КАС Google ученый

  21. Лайне, К. и др. Измерение набухания и восстановления толщины уплотненной и термомодифицированной массивной древесины сосны обыкновенной. Дж. Матер. науч. 48 , 8530–8538 (2013)

    Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ КАС Google ученый

  22. Li, Y. & Shimizu, H. Повышение ударной вязкости поли(l-лактида) (PLLA) за счет реактивного смешивания с сополимером акрилонитрила, бутадиена и стирола (ABS): морфология и свойства. евро. Полим. J. 45 , 738–746 (2009)

    Статья КАС Google ученый

  23. Ким, К. Х. и Джо, У. Х. Стратегия улучшения механических и электрических свойств композитов поликарбонат/многостенные углеродные нанотрубки. Углерод 47 , 1126–1134 (2009)

    Артикул КАС Google ученый

  24. Ку, Х., Ван, Х., Паттарачайякуп, Н. и Трада, М. Обзор свойств полимерных композитов, армированных натуральным волокном, при растяжении. Композиты B 42 , 856–873 (2011)

    Статья Google ученый

  25. Ричи, Р. О. Конфликты между силой и стойкостью. Нац. Матер. 10 , 817–822 (2011)

    Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ КАС Google ученый

  26. Ван Ю., Чен М., Чжоу Ф. и Ма Э. Высокая пластичность при растяжении в наноструктурированном металле. Природа 419 , 912–915 (2002)

    Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ КАС Google ученый

  27. Dursun, T. & Soutis, C. Последние разработки в области современных авиационных алюминиевых сплавов. Матер. Дес. 56 , 862–871 (2014)

    Статья КАС Google ученый

  28. Frommeyer, G. & Brüx, U. Микроструктура и механические свойства высокопрочных Fe-Mn-Al-C легких сталей TRIPLEX. Сталь Рез. Междунар. 77 , 627–633 (2006)

    Статья КАС Google ученый

  29. Гил, Ф., Манеро, Дж., Джинебра, М. и Планелл, Дж. Влияние скорости охлаждения на циклическую деформацию бета-отожженного Ti-6Al-4V. Матер. науч. англ. А 349 , 150–155 (2003)

    Артикул Google ученый

  30. Kim, S.-H., Kim, H. & Kim, N.J. Хрупкое интерметаллическое соединение позволяет получить сверхпрочную сталь с низкой плотностью и высокой пластичностью. Природа 518 , 77–79 (2015)

    Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ КАС Google ученый

Скачать ссылки

Благодарности

Мы благодарим Р. Брибера за предложения и Р. Дж. Боненбергера за помощь в механических испытаниях. Мы признательны за поддержку Мэрилендского наноцентра и его AIMLab. Дж. С. признает финансовую поддержку от Китайского стипендиального совета.

Информация об авторе

Примечания автора

  1. Jianwei Song, Chaoji Chen, Shuze Zhu и Mingwei Zhu: Эти авторы внесли одинаковый вклад в эту работу.

Авторы и филиалы

  1. Факультет материаловедения и инженерии, Мэрилендский университет, Колледж-Парк, 20742, Мэриленд, США

    Цзяньвэй Сун, Чаоджи Чен, Минвэй Чжу, Цзяци Дай, Иджу Ли, Юди Куан, Юнфэн Ли, Юнган Яо, Эми Гонг и Лянбинг Ху

  2. Факультет машиностроения, Мэрилендский университет, Колледж-Парк, 20742, Мэриленд, США

    Шузе Чжу, Упаманью Рэй, Нельсон Киспе, Хью А. Брук, Чжэн Цзя и Тенг Ли

  3. Факультет аэрокосмической техники, Мэрилендский университет, Колледж-Парк, 20742, Мэриленд, США

    Ulrich H. Leiste

  4. Лаборатория лесных товаров, Лесная служба Министерства сельского хозяйства США, Мэдисон, 53726, Висконсин, США

    J. Y. Z1

  5. Факультет машиностроения Калифорнийского университета в Мерседе, Мерсед, 95343, Калифорния, США

    Ажар Веллор и Эшли Мартини

  6. Факультет машиностроения и промышленной инженерии, Северо-восточный университет, Бостон, 02115, Массачусетс, США

    Хэн Ли и Мэрилин Л. Минус

Авторы

  1. Jianwei Song

    Просмотр публикаций автора

    Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

  2. Chaoji Chen

    Просмотр публикаций автора

    Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

  3. Shuze Zhu

    Посмотреть публикации автора

    Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Академия

  4. Mingwei Zhu

    Посмотреть публикации автора

    Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

  5. Jiaqi Dai

    Просмотр публикаций автора

    Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

  6. Upamanyu Ray

    Посмотреть публикации автора

    Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

  7. Йиджу Ли

    Посмотреть публикации автора

    Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

  8. Yudi Kuang

    Просмотр публикаций автора

    Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

  9. Yongfeng Li

    Просмотр публикаций автора

    Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

  10. Nelson Quispe

    Посмотреть публикации автора

    Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

  11. Yonggang Yao

    Просмотр публикаций автора

    Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

  12. Эми Гонг

    Просмотр публикаций автора

    Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

  13. Ulrich H. Leiste

    Просмотр публикаций автора

    Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Академия

  14. Hugh A. Bruck

    Просмотр публикаций автора

    Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

  15. J. Y. Zhu

    Просмотр публикаций автора

    Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

  16. Azhar Vellore

    Просмотр публикаций автора

    Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

  17. Хэн Ли

    Посмотреть публикации автора

    Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

  18. Мэрилин Л. Минус

    Посмотреть публикации автора

    Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

  19. Zheng Jia

    Просмотр публикаций автора

    Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

  20. Ashlie Martini

    Посмотреть публикации автора

    Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

  21. Teng Li

    Просмотр публикаций автора

    Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

  22. Liangbing Hu

    Просмотр публикаций автора

    Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

Contributions

J. S., C.C., S.Z. и М.З. в равной мере внесли свой вклад в эту работу. Л.Х., Дж.С., К.К. и М.З. внесли свой вклад в первоначальную идею. Дж. С. и К.С. способствовали уплотнению древесины и механические измерения. Йо.Л., У.Р., З.Дж., Н.К., У.Х.Л., Х.А.Б. и Т.Л. участвовал в механических испытаниях на растяжение и баллистических испытаниях. Дж.Д. и Ю.К. участвовал в 3D-иллюстрациях. Ю.Л., К.С., Ю.Ю. и А.Г. внесли свой вклад в характеристику с помощью СЭМ. J.Y.Z. провел композиционный анализ. СРЕДНИЙ. и А.М. участвовал в испытаниях на твердость при вдавливании и царапании. С.З. и Т.Л. способствовал как механическому моделированию, так и анализу. Х.Л. и М.Л.М. способствовал измерению и анализу XRD. Т.Л., Л.Х., Дж.С. и К.С. способствовал написанию статьи. Все авторы внесли свой вклад в комментарии к окончательной версии рукописи.

Авторы переписки

Переписка с Тэн Ли или Лянбин Ху.

Декларация этики

Конкурирующие интересы

Авторы не заявляют об отсутствии конкурирующих финансовых интересов.

Дополнительная информация

Информация для рецензентов Nature благодарит A. Cloutier, S. Eichhorn и других анонимных рецензентов за их вклад в рецензирование этой работы.

Примечание издателя: Springer Nature остается нейтральной в отношении юрисдикционных претензий в опубликованных картах и ​​институциональной принадлежности.

Расширенные данные, рисунки и таблицы

Расширенные данные Рисунок 1 Структурная характеристика натуральной и уплотненной древесины.

a , b , Сравнение СЭМ-изображений натуральной древесины ( a ) и древесины после частичного удаления лигнина, но без бокового горячего прессования ( b ) показывает, что лигнин между стенками клеток частично удален . c , Сравнение плотностей естественной (0,43 ± 0,02 г см −3 ) и уплотненной древесины (1,30 ± 0,02 г см -3 ). d – f , СЭМ-изображения поперечного сечения натуральной древесины в плоскостях RT ( d ) и TL ( e , f ) показывают внутренние дефекты, такие как сосуды и трахеиды вдоль L-направления и ямки в клеточных стенках. g – j , Соответствующие СЭМ-изображения уплотненной древесины показывают, что полые просветы полностью разрушаются, образуя сильно переплетенные стенки клеток древесины ( g ), что подтверждается имитационной моделью ( j ), и даже крошечные ямки в клеточных стенках древесины устраняются благодаря уплотнению ( h , i ). k – m , На малоугловой картине рассеяния рентгеновских лучей ( k ) и на СЭМ-изображении с большим увеличением ( l ) видны хорошо выровненные нановолокна целлюлозы в уплотненной древесине, которые значительно облегчают формирование водородных связей в соседних молекулярных цепях целлюлозы при их относительном скольжении ( м ).

Расширенные данные Рисунок 2 Влияние степени удаления лигнина на структуру и механические свойства древесины.

a , Схема образца древесины с направлением L в качестве направления роста дерева. b , c , изображения SEM поперечных сечений в плоскости RT ( b ) и плоскости RL ( c ) образца прессованной древесины с удалением 0% лигнина, которые показывают большое количество промежутки между частично разрушенными клеточными стенками. д , e . Фотография и СЭМ-изображение уплотненной древесины со 100% удалением лигнина показывают, что спрессованные клеточные стенки отделены друг от друга из-за отсутствия лигнина в качестве связующего вещества. f , г , Плотность ( f ) и кривые напряжения-деформации при растяжении ( г ) уплотненной древесины с различной степенью удаления лигнина. h , Резюме содержания целлюлозы/гемицеллюлозы/лигнина, а также прочности, работы разрушения и плотности при различных степенях удаления лигнина. Показано, что уплотненная древесина с удалением лигнина 45 % обладает наибольшей прочностью, работой разрушения и плотностью. ДВ- x относится к уплотненной древесине с определенным количеством ( x ) удаления лигнина и последующим уплотнением, тогда как NW относится к натуральной древесине без удаления лигнина или уплотнения.

Дополнительные данные Рисунок 3. Сравнение механических свойств натуральной и уплотненной древесины.

a , Жесткость (натуральная древесина, 4,8 ± 0,9 ГПа; уплотненная древесина, 51,6 ± 1,5 ГПа). b , Твердость к царапанью (натуральная древесина, 0,02 ± 0,0029 ГПа; уплотненная древесина, 0,6 ± 0,025 ГПа). c , Интерферометрические изображения царапин на натуральной древесине и уплотненной древесине, демонстрирующие заметное уменьшение глубины царапин на уплотненной древесине из-за повышенной твердости. d , Ударная вязкость по Шарпи (уплотненная древесина, 11,41 ± 0,5 Дж см -2 ; натуральная древесина, 1,38 ± 0,3 Дж см -2 ). e , Модуль твердости (натуральная древесина, 740,1 ± 115,4 фунта на дюйм; уплотненная древесина, 9454,5 ± 273,3 фунта на дюйм). f , i , l , Схемы испытаний на изгиб в трех разных направлениях. g , j , m , Соответствующее напряжение при изгибе в зависимости от смещения ролика (прогиб при изгибе) для натуральной древесины и уплотненной древесины. h , k , n , Сравнение соответствующих пределов прочности на изгиб натуральной древесины (с валиком в направлении Т, 54,3 ± 5,1 МПа; перпендикулярно направлению роста древесины, 4,4 ± 0,9 МПа; с валиком вдоль в направлении R, 42,6 ± 4,9 МПа; по восемь образцов испытано в каждом направлении) и уплотненной древесины (с роликом в направлении T, 336,8 ± 11,3 МПа; перпендикулярно направлению роста древесины, 790,5 ± 3,0 МПа; с роликом в направлении R – 315,3 ± 14,8 МПа; по восемь образцов для каждого направления).

Дополнительные данные Рис. 4 Прочность на сжатие натуральной и уплотненной древесины.

a , d , g , Схемы испытаний на сжатие по трем направлениям. b , e , h , Соответствующее напряжение сжатия как функция смещения при сжатии для натуральной древесины и уплотненной древесины. c , f , i , Сравнение соответствующих пределов прочности на сжатие натуральной древесины (направление L, 29,6 ± 2,0 МПа; направление R, 3,9 ± 0,6 МПа; направление T, 2,6 ± 0,4 МПа; направление T, 2,6 ± 0,4 МПа; в каждом направлении) и уплотненная древесина (направление L, 163,6 ± 4,1 МПа; направление R, 203,8 ± 5,2 МПа; направление T, 87,6 ± 3,0 МПа; восемь образцов испытаны для каждого направления). j , Сравнение прочности на осевое сжатие (в направлении L) натуральной древесины, делигнифицированной древесины без горячего прессования, прессованной натуральной древесины без делигнификации и уплотненной древесины (делигнифицированной и затем подвергнутой горячему прессованию). Вставки иллюстрируют репрезентативные характеристики поперечного сечения четырех типов древесины.

Расширенные данные Рис. 5 Размерная стабильность и механические свойства прессованной натуральной древесины, уплотненной древесины и уплотненной древесины с окрашенной поверхностью от влаги.

a , b , фотографии прессованной натуральной древесины без делигнификации, уплотненной древесины (удаление 45% лигнина и последующее горячее прессование) и уплотненной древесины с окрашенной поверхностью до ( a ) и после ( b ) поддержание 95% относительной влажности в течение 128 часов. c , Изменение толщины трех образцов древесины с течением времени. d , Увеличение толщины в процентах (прессованная натуральная древесина, 43,1% ± 1,4%; уплотненная древесина, 8,4% ± 0,9%; уплотненная древесина с окрашенной поверхностью, 0%). e , Кривые растяжения-деформации трех образцов древесины после выдерживания относительной влажности 95% в течение 128 часов. f , Прочность трех образцов древесины до (прессованная натуральная древесина, 161,5 ± 18,8 МПа; уплотненная древесина, 548,8 ± 47,2 МПа; уплотненная древесина с окрашенной поверхностью, 541,7 ± 29,2 МПа) и после (прессованная натуральная древесина, 98,2±1,2 МПа). МПа, уплотненная древесина, 493,1 ± 20,3 МПа; уплотненная древесина с окрашенной поверхностью, 535,9 ± 30,0 МПа), выдерживающая относительную влажность 95% в течение 128 часов.

Расширенные данные Рисунок 6 Превосходные механические свойства различных пород уплотненной древесины.

Сравнение кривых напряжение-деформация, предела прочности при растяжении и работы разрушения для натуральных и уплотненных пород древесины: лиственных дуба и тополя, хвойных кедра и сосны. a – c , Дуб (прочность естественной древесины, 115,3 ± 10,2 МПа; прочность уплотненной древесины, 584,3 ± 290,8 МПа; работа излома естественной древесины, 1,84 ± 0,1 МДж м -3 ; уплотненная деревянная конструкция излома, 5,3 ± 0,2 МДж м −3 ). d – f , Тополь (прочность естественной древесины, 55,6 ± 8,0 МПа; прочность уплотненной древесины, 431,5 ± 15,1 МПа; работа на излом естественной древесины, 0,48 ± 0,05 МДж, работа на излом уплотненной древесины м 1 −3 1 −3 3,0 ± 0,1 МДж м -3 ). г – i , Кедр (прочность натуральной древесины: 46,5 ± 5,4 МПа; прочность уплотненной древесины: 550,1 ± 47,4 МПа; работа на излом натуральной древесины: 0,35 ± 0,06 МДж м −3 ; уплотненная древесина излома, 3,3 ± 0,08 МДж м −3 ). j – l , Сосна (прочность естественной древесины, 70,2 ± 10,0 МПа; прочность уплотненной древесины, 536,9 ± 24,7 МПа; работа естественной древесины на излом, 0,58 ± 0,07 МДж, работа на излом уплотненной древесины м 1 −3 1 −3 3,03 ± 0,33 МДж м -3 ). m , Сравнение структурных и механических свойств уплотненной древесины в этом исследовании и других ранее опубликованных 10,11,12,13,14,15,16,17,18,19 уплотненные древесные материалы из различных пород натурального дерева.

Расширенные данные Рис. 7. Поверхность излома (плоскость RL) натуральной и уплотненной древесины.

a , c , Схемы натуральной и уплотненной древесины. b , СЭМ-изображение поверхности излома натуральной древесины, показывающее вытягивание и разрыв просвета полой древесины вдоль поверхности излома в плоскости RL. d , СЭМ-изображение поверхности излома уплотненной древесины в плоскости RL, показывающее вытягивание и разрушение древесных волокон из плотно упакованных клеточных стенок.

Расширенные данные Рисунок 8. Имитационная модель для натуральной и уплотненной древесины.

a , Чтобы получить сжатую морфологию натуральных полых древесных волокон в моделировании, мы применяем граничное условие отражающей стены, а затем постепенно уменьшаем одно измерение окна моделирования, чтобы пучок сжимался в поперечном направлении. b , c , Морфологический вид несмятых ( b ) и сплющенных ( c ) пучков древесных волокон при вытягивании. d – f , Влияние водородных связей (HB). d , Имитационная модель для демонстрации эффекта водородных связей. Два древесных волокна скользят вдоль друг друга. e , Соответствующие силы сопротивления с включенной и выключенной водородной связью (то есть с аннулированием потенциала Морзе в силовом поле моделирования) рассчитываются как функция скользящего смещения, соответственно, показывая, что водородная связь увеличивает сопротивление усилие примерно в десять раз. f , Исходная конфигурация семилюминальной модели пучка, использованная в основном тексте. Каждый из этих просветов имеет диаметр 6,26 нм и длину 8,95 нм. g , Значения крупнозернистых параметров, используемых при моделировании.

Расширенные данные Рис. 9. Сравнение свойств при растяжении уплотненной древесины, уложенной в X–Y, и однослойной уплотненной древесины.

a – c , Прочность на растяжение натуральной древесины и однослойной уплотненной древесины в направлении Т: a , иллюстрация направления растяжения, b , кривые напряжения-деформации при растяжении и c , предел прочности при растяжении в направлении T (натуральная древесина, 5,1 ± 0,4 МПа; уплотненная древесина, 43,3 ± 2,0 МПа). d – f , Свойства при растяжении уплотненной древесины при штабелировании по осям X–Y: d , иллюстрация уплотненной древесины при штабелировании по осям X–Y и двух перпендикулярных направлений растяжения, e , кривые растяжения–деформации и f , предел прочности при растяжении X–Y-упаковки уплотненной древесины вдоль направлений 1 и 2 примерно одинаков (221,6 ± 20,0 МПа и 225,6 ± 18,0 МПа соответственно), значительно выше, чем у натуральной древесины и однослойной уплотненной древесины в направлениях 1 и 2. направление Т.

Расширенные данные Рис. 10 Баллистические испытания.

a , Схема баллистического испытателя пневматического оружия. b , Фотография натуральной древесины после баллистических испытаний, показывающая относительно гладкую поверхность древесины после того, как пуля пробила древесину. c , d , СЭМ-изображения поверхности излома показывают, что разрушение происходит вдоль слабо связанных клеточных стенок в натуральной древесине. e , Фотография однослойной уплотненной древесины после баллистических испытаний, показывающая сильно потрескавшуюся поверхность древесины после того, как пуля пробила древесину. f , g , СЭМ-изображения поверхности излома показывают огромное количество древесных волокон, вырванных из плотно упакованных клеточных стенок, что свидетельствует о значительном рассеивании энергии во время снаряда, пробивающего уплотненную древесину. ч , Баллистическое поглощение энергии однослойной уплотненной древесиной (Y, 2,5 ± 0,1 кДж м −1 ; X, 4,3 ± 0,08 кДж м −1 ) и слоистой уплотненной древесиной (X–Y–X–Y– X ламинат: 5,6 ± 0,2 кДж м -1 X–Y–X–Y–X ламинат: 6,0 ± 0,1 кДж м -1 ) в обоих направлениях (X, направление выравнивания волокон; Y, перпендикулярно направлению выравнивания волокон). На вставках показаны схемы образца и держателя. i – l , Имитационная модель, использованная на рис. 4c, d. i , j , вид с торца и вид сверху модели параллельного древесного волокна соответственно. k , l , Вид с торца и вид сверху на модель из многослойного древесного волокна соответственно. Эти древесные волокна (до сплющивания) имеют диаметр 2,35 нм и длину 15,34 нм.

Дополнительная информация

Высокоскоростные замедленные видеоролики баллистических испытаний

Верх: натуральное дерево; Середина: однослойная уплотненная древесина; Дно: ламинированная уплотненная древесина. (MP4 28643 KB)

PowerPoint Slide

PowerPoint Slide для рис. 1

PowerPoint Slide для рис. 2

PowerPoint Slide для рис. 3

PowerPoint Slide Slide для рис. 3

.

Права и разрешения

Перепечатки и разрешения

Об этой статье

Изготовление искусственного дерева в больших масштабах – Physics World

Сравнение бальзы и полимерной древесины

Исследователи из Китая разработали новый способ изготовления в больших масштабах искусственной древесины, похожей на живую, из полимера, называемого резолом, который очень похож на лигнин (соединение, содержащееся в натуральной древесине). Искусственная древесина такая же легкая и прочная, как и ее натуральный аналог, но она также устойчива к огню и кислоте.

Дерево – один из самых распространенных природных материалов. Он обладает многими хорошими свойствами, такими как малый вес и высокая прочность, что обусловлено его уникальной иерархической клеточной структурой и матрицей (состоящей из лигнина и гемицеллюлозы), в которую встроены хорошо ориентированные фибриллы целлюлозы. Дерево растет (очень медленно) контролируемым образом, снизу вверх, и каждый структурный уровень вносит свой вклад в его замечательные свойства.

В последние годы исследователям удалось создать «супердерево» путем изменения микроструктуры натуральной древесины или комбинирования целлюлозы, полученной из древесины, с синтетическими материалами. Хотя эти материалы впечатляют своей биоразлагаемостью и прочностью, они все же легко воспламеняются и не очень устойчивы к кислотной коррозии. Древесина на керамической основе, выращенная с помощью технологий «снизу вверх» (таких как замораживание или 3D-печать) с использованием полимеров в качестве связующих веществ и микро- или наноразмерных порошков в качестве строительных блоков, также является многообещающей, но они часто механически непрочны, и их микроструктура не может легко контролироваться.

«Химическая паутина»

Исследователи под руководством Шу-Хонг Ю из Университета науки и технологии Китая (USTC) предлагают новый способ быстрого производства большого количества синтетической полимерной древесины, которая выглядит и ощущается очень похоже на правду. Для этого они сначала растворяли резол в кислом растворе хитозана до получения однородной смеси. Затем раствор заливали в форму (например, цилиндр с открытым концом), помещали на холодную медную платформу и замораживали в одном направлении с постоянной скоростью замораживания. «Затем мы погружали медь в ванну с жидким азотом и после сушки вымораживанием отверждали полимерный криогель при высоких температурах 180°C», — объясняет Ю.

«Резол, который очень похож на природный лигнин, действует как «химическая сеть», которая скрепляет фибриллы целлюлозы в хитозане», — добавляет он. «Таким образом, мы смогли создать матрицы, на которых при низких температурах растут самонаправленные кристаллы. На этом этапе в полимерную древесину могут быть включены различные частицы, такие как ионы металлов и нанопроволоки/листы, чтобы изменить ее внешний вид или физические свойства.

«Мы можем контролировать ячеистую структуру новой древесины (ее компоненты, размер пор и толщину стенки) во время изготовления», — говорит Ю Мир физики . «У древесины много хороших свойств. К ним относятся его низкая плотность (90-600 мг/см 3 ) и высокая прочность на сжатие (45 МПа), сравнимая с прочностью натурального дерева».

И это еще не все: полимерная древесина также устойчива к кислоте, в отличие от натуральной древесины, без снижения механических свойств. «Он также может похвастаться теплопроводностью около 21 мВт/м/К, что ставит его в один ряд с современными теплоизоляционными материалами, такими как полимер/SiO 9.0865 2 гибридных композитов», — добавляет Ю. «Он также является хорошим антипиреном и быстро самозатухает, если его вынуть из воспламеняющегося пламени, чего нельзя сказать о натуральной древесине».

No related posts.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

➤