Заменит ли прозрачная древесина стекло?

Натуральная древесина — важнейший ресурс для строительства и производства мебели. Она также высоко ценится за свою универсальность, возможность вторичной переработки и эстетическую привлекательность.

Однако, по мере того как ученые разрабатывают методы точной настройки оптических, термических, механических свойств и свойств ионного транспорта древесины посредством химических и физических модификаций присущей ей пористой структуры и химического состава, начинают открываться новые возможности для использования древесины.

Для достижения этой цели в последние годы исследователи разработали инновационные стратегии преобразования древесины с учетом ее потенциала для новых применений.

Ученые разработали прозрачную древесину для экранов смартфонов и трансформирующихся окон. (Иллюстративное изображение: Shutterstock)

Ранее Зигфрид Финк создал прозрачную древесину, удалив пигменты из растительных клеток внутри древесины. Он подробно описал этот технологический процесс в специализированном журнале, посвященном технологиям обработки древесины, в 1992 году.

В течение более десяти лет после этого публикация Зигфрида Финка 1992 года служила основным источником достоверной информации о технологии прозрачной древесины. Другой ученый из Королевского технологического института KTH в Швеции, Ларс Берглунд, случайно наткнулся на эту публикацию и использовал ее в своих исследованиях.

Теперь другая группа исследователей, возглавляемая материаловедом Лянбином Ху из Университета Мэриленда в Колледж-Парке, активно занимается разработкой прозрачной древесины с помощью методов прямой обработки натуральной древесины.

По данным исследовательской группы, древесина состоит из множества мелких, вертикальных, трубчатых клеток, похожих на пучок соломинок, связанных клеем. Эти трубчатые клетки выполняют функцию транспортировки воды и питательных веществ внутри дерева.

Для получения прозрачной древесины ученым приходится модифицировать или удалять вещество, называемое лигнином. Именно это вещество связывает клеточные пучки и придает стволу и ветвям их землисто-коричневый цвет.

После отбеливания или удаления цвета лигнина из древесины остаются непрозрачные белые клеточные стенки. Это происходит потому, что клеточные стенки преломляют свет иначе, чем воздух внутри клеточных мешочков, из которых был удален лигнин, придающий древесине ее цвет.

Для достижения прозрачности воздушные полости в древесных клетках необходимо заполнить таким материалом, как эпоксидная смола, которая преломляет свет, позволяя видеть древесину сквозь неё. В результате получается прозрачная древесина, пропускающая более 85% света. Она способна улавливать солнечный свет без бликов, экономя энергию и обеспечивая более комфортное освещение в помещении.

Прозрачная древесина также обладает высокой механической прочностью, что решает проблемы безопасности, часто связанные со стеклом. Кроме того, прозрачная древесина превосходит стекло по теплоизоляционным свойствам, потенциально помогая зданиям отводить тепло.

В своей работе исследовательская группа Лянбина Ху использовала поливиниловый спирт (ПВС), полимер, широко используемый в клеях и пищевой упаковке, для пропитки обработанных клеток древесины. В результате получилась прозрачная древесина с теплопроводностью в пять раз ниже, чем у стекла.

Ларс Берглунд и его исследовательская группа из Королевского технологического института KTH в Швеции также открыли способ воспроизвести функциональность «умных» окон, изготовленных из прозрачного древесного материала. Эта технология позволяет переключаться между прозрачным и тонированным состояниями для регулирования видимости или блокировки солнечного света.

Их метод заключается в нанесении слоями электрохромного полимера, способного менять цвет под действием электрического тока, между слоями прозрачной древесины, покрытой электрохромным полимером для обеспечения проводимости.

Согласно некоторым оценкам, по мере развития технологий прозрачные древесные материалы станут более универсальными, прозрачными и экологичными, что потенциально может привести к их применению во всем, от сверхпрочных экранов смартфонов до осветительных приборов.

ХУИНЬ ДУНГ (Источник: Interestingengineering)

Источник