투명한 나무가 유리를 대체할까요?

천연 목재는 건축 및 가구 제작에 필수적인 자원입니다. 또한 다용도성, 재활용성, 미적 매력으로 인해 높은 가치를 지닙니다.

하지만 과학자들이 목재의 고유한 다공성 구조와 화학적 조성을 화학적, 물리적으로 변형하여 목재 재료의 광학적, 열적, 기계적 특성 및 이온 수송 특성을 미세 조정하는 방법을 고안해냄에 따라 목재의 새로운 잠재력이 점차 드러나고 있습니다.

이러한 목표를 달성하기 위해 최근 몇 년 동안 연구자들은 목재의 잠재력을 새로운 용도로 활용하기 위한 혁신적인 전략을 고안해 왔습니다.

과학자들이 스마트폰 화면과 변형 가능한 창문에 사용할 투명 목재를 개발했습니다. (이미지 출처: Shutterstock)

앞서 지크프리트 핑크는 나무 속 식물 세포에서 색소를 제거하여 투명한 나무를 만들었다. 그는 1992년 목재 기술 전문 학술지에 이 기술 과정을 자세히 설명했다.

그 후 10년이 넘는 기간 동안 지그프리드 핑크의 1992년 논문은 투명 목재 기술에 대한 정확한 정보의 주요 출처 역할을 했습니다. 스웨덴 왕립 공과대학(KTH)의 또 다른 과학자인 라르스 베르글룬드는 우연히 이 논문을 접하고 자신의 연구에 활용했습니다.

현재 메릴랜드 대학교 컬리지파크 캠퍼스의 재료 과학자 량빙 후(Liangbing Hu)가 이끄는 또 다른 연구팀이 천연 목재에 직접 가공 기술을 적용하여 투명 목재를 개발하는 데 적극적으로 참여하고 있습니다.

연구팀에 따르면 나무는 마치 접착제로 묶은 빨대 다발처럼 수많은 작고 수직적인 관 모양 세포로 구성되어 있습니다. 이 관 모양 세포들은 나무 내부에서 물과 영양분을 운반하는 기능을 합니다.

투명한 목재를 생산하기 위해 과학자들은 리그닌이라는 물질을 변형하거나 제거해야 합니다. 이 물질은 세포 다발을 서로 결합시키는 역할을 할 뿐만 아니라 나무줄기와 가지에 흙빛 갈색을 띠게 합니다.

목재의 리그닌 색소를 표백하거나 제거하면 불투명한 흰색 세포벽이 남습니다. 이는 리그닌이 제거된 세포낭 내부의 공기와는 달리 세포벽이 빛을 다르게 굴절시키기 때문이며, 이 리그닌이 목재에 색을 부여합니다.

투명성을 구현하기 위해 나무 세포 사이의 공기 주머니를 에폭시 수지와 같은 물질로 채워야 합니다. 이 물질은 빛을 굴절시켜 나무가 비쳐 보이게 합니다. 이렇게 완성된 투명 목재는 빛의 85% 이상을 투과시킵니다. 눈부심 없이 햇빛을 포착하여 에너지를 절약하고 더욱 쾌적한 실내 조명을 제공합니다.

투명 목재는 뛰어난 기계적 강도를 지니고 있어 유리 소재에서 흔히 발생하는 안전 문제를 해결합니다. 또한, 투명 목재는 단열 성능 면에서 유리보다 우수하여 건물의 열을 효과적으로 발산하는 데 도움을 줄 수 있습니다.

량빙 후 연구팀은 접착제와 식품 포장에 흔히 사용되는 고분자인 폴리비닐알코올(PVA)을 처리된 목재 세포에 주입했습니다. 그 결과, 열전도율이 유리보다 5배 낮은 투명한 목재를 얻을 수 있었습니다.

스웨덴 왕립공과대학(KTH)의 라르스 베르글룬드 연구팀은 투명 목재 소재로 만든 스마트 창문의 기능을 재현하는 방법을 발견했습니다. 이 기술은 투명 상태와 착색 상태를 전환하여 시야를 조절하거나 햇빛을 차단할 수 있습니다.

그들의 방법은 전기 전류를 통해 색이 변하는 전기변색 고분자를 전도성을 위해 전기변색 고분자로 코팅된 투명 목재 층 사이에 겹겹이 쌓는 것을 포함합니다.

일부 평가에 따르면, 기술이 발전함에 따라 투명 목재 소재는 더욱 다용도적이고 투명하며 지속 가능해질 것이며, 초내구성 스마트폰 화면부터 조명 기기에 이르기까지 모든 분야에 적용될 가능성이 있다고 합니다.

후인 둥 (출처: Interestingengineering)

원천: https://vtc.vn/go-trong-suot-se-thay-the-thuy-tinh-ar840452.html