آیا چوب شفاف جایگزین شیشه خواهد شد؟

چوب طبیعی یک منبع حیاتی برای ساخت و ساز و مبلمان است. همچنین به دلیل تطبیق پذیری، قابلیت بازیافت و جذابیت زیبایی شناختی بسیار ارزشمند است.

با این حال، بسیاری از پتانسیل‌های جدید برای چوب در حال ظهور هستند، زیرا دانشمندان روش‌هایی را برای تنظیم دقیق خواص نوری، حرارتی، مکانیکی و انتقال یونی مواد چوبی از طریق اصلاحات شیمیایی و فیزیکی در ساختار متخلخل ذاتی و ترکیب شیمیایی چوب ابداع می‌کنند.

برای دستیابی به این هدف، در سال‌های اخیر محققان استراتژی‌های نوآورانه‌ای را برای تبدیل چوب به موادی با پتانسیل کاربردهای جدید ابداع کرده‌اند.

دانشمندان چوب شفافی برای صفحه نمایش گوشی‌های هوشمند و پنجره‌های تغییر شکل‌دهنده تولید می‌کنند. (تصویر تزئینی: Shutterstock)

پیش از این، زیگفرید فینک با حذف رنگدانه‌ها از سلول‌های گیاهی درون چوب، چوب شفاف ایجاد کرده بود. او جزئیات این فرآیند تکنولوژیکی را در یک مجله تخصصی با تمرکز بر فناوری چوب در سال ۱۹۹۲ شرح داد.

بیش از یک دهه پس از آن، نشریه زیگفرید فینک در سال ۱۹۹۲ به عنوان منبع اصلی اطلاعات دقیق در مورد فناوری چوب شفاف مورد استفاده قرار گرفت. لارس برگلوند، دانشمند دیگری در موسسه سلطنتی فناوری KTH در سوئد، به طور اتفاقی به این نشریه برخورد و از آن برای تحقیقات خود استفاده کرد.

اکنون، گروه دیگری از محققان، به رهبری دانشمند مواد، لیانگ‌بینگ هو، در دانشگاه مریلند در کالج پارک، به طور فعال در توسعه چوب شفاف از طریق تکنیک‌های پردازش مستقیم روی چوب طبیعی مشارکت داشته‌اند.

به گفته تیم تحقیقاتی، چوب از سلول‌های لوله‌ای کوچک، عمودی و زیادی تشکیل شده است، مانند دسته‌ای از نی که با چسب به هم بسته شده‌اند. این سلول‌های لوله‌ای وظیفه انتقال آب و مواد مغذی را در درون درخت بر عهده دارند.

برای تولید چوب شفاف، دانشمندان باید ماده ای به نام لیگنین را اصلاح یا حذف کنند. در واقع، این ماده هم دسته های سلولی را به هم متصل می کند و هم به تنه و شاخه ها رنگ قهوه ای خاکی می دهد.

پس از سفید کردن یا از بین بردن رنگ لیگنین در چوب، دیواره‌های سلولی سفید مات باقی می‌مانند. این به این دلیل است که دیواره‌های سلولی نور را به طور متفاوتی نسبت به هوای داخل کیسه‌های سلولی که لیگنین از آنها حذف شده است، می‌شکنند و همین امر به چوب رنگ می‌دهد.

برای دستیابی به شفافیت، این محفظه‌های هوای سلول‌های چوبی باید با ماده‌ای مانند رزین اپوکسی پر شوند که نور را خم می‌کند و به چوب اجازه می‌دهد از میان آنها دیده شود. محصول نهایی، این چوب شفاف، بیش از ۸۵٪ نور را از خود عبور می‌دهد. این چوب می‌تواند نور خورشید را بدون تابش خیره‌کننده جذب کند، در مصرف انرژی صرفه‌جویی کند و روشنایی داخلی راحت‌تری را فراهم کند.

چوب شفاف همچنین از یکپارچگی مکانیکی قوی برخوردار است و نگرانی‌های ایمنی مرتبط با مواد شیشه‌ای را برطرف می‌کند. علاوه بر این، چوب شفاف از نظر عایق حرارتی از شیشه بهتر عمل می‌کند و به طور بالقوه به ساختمان‌ها در دفع گرما کمک می‌کند.

تیم تحقیقاتی لیانگ‌بینگ هو در کار خود از پلی‌وینیل الکل (PVA)، پلیمری که معمولاً در چسب‌ها و بسته‌بندی‌های مواد غذایی یافت می‌شود، برای تزریق سلول‌های چوب فرآوری‌شده استفاده کردند. این امر منجر به تولید چوب شفافی با رسانایی حرارتی پنج برابر کمتر از شیشه شد.

لارس برگلاند و تیم تحقیقاتی او در موسسه سلطنتی فناوری KTH در سوئد همچنین راهی برای تکرار عملکرد پنجره‌های هوشمند ساخته شده از مواد چوبی شفاف کشف کرده‌اند. این فناوری می‌تواند بین حالت‌های شفاف و رنگی تغییر کند تا دید را کنترل کند یا نور خورشید را مسدود کند.

روش آنها شامل لایه بندی یک پلیمر الکتروکرومیک است که قادر به تغییر رنگ از طریق جریان الکتریکی است و بین لایه‌های چوب شفاف پوشیده شده با یک پلیمر الکتروکرومیک برای رسانایی قرار می‌گیرد.

طبق برخی ارزیابی‌ها، با پیشرفت فناوری، مواد چوبی شفاف، متنوع‌تر، شفاف‌تر و پایدارتر خواهند شد و به طور بالقوه منجر به کاربردهایی در همه چیز، از صفحه نمایش‌های گوشی‌های هوشمند فوق‌العاده بادوام گرفته تا دستگاه‌های روشنایی، می‌شوند.

هیون دانگ (منبع: Interestingengineering)

منبع