ไม้ใสจะทดแทนกระจกได้ไหม?

ไม้ธรรมชาติเป็นทรัพยากรที่สำคัญสำหรับการก่อสร้างและการทำเฟอร์นิเจอร์ นอกจากนี้ยังให้ความสำคัญในเรื่องความอเนกประสงค์ ความสามารถในการผลิตซ้ำ และความสวยงามอีกด้วย

อย่างไรก็ตาม ศักยภาพใหม่ๆ ของไม้กำลังเริ่มปรากฏขึ้น เนื่องจาก นักวิทยาศาสตร์ กำลังคิดค้นวิธีการปรับแต่งคุณสมบัติการเคลื่อนย้ายแสง ความร้อน กลไก และไอออนของวัสดุไม้ให้เหมาะสมที่สุด ผ่านการดัดแปลงทางเคมีและกายภาพต่อโครงสร้างพรุนตามธรรมชาติและองค์ประกอบทางเคมีของไม้

ในการบรรลุเป้าหมายนี้ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา นักวิจัยได้คิดค้นกลยุทธ์ใหม่ๆ เพื่อดัดแปลงไม้ให้มีศักยภาพในการนำไปใช้งานใหม่ๆ

นักวิทยาศาสตร์พัฒนาไม้โปร่งใสสำหรับหน้าจอสมาร์ทโฟน เพื่อเปลี่ยนหน้าต่างให้เปลี่ยนไป (ภาพประกอบ: Shutterstock)

ก่อนหน้านี้ ซีคฟรีด ฟิงค์ ได้สร้างไม้ที่โปร่งใสโดยการเอาเม็ดสีออกจากเซลล์พืชในไม้ เขาได้นำเสนอกระบวนการทางเทคโนโลยีนี้โดยละเอียดในวารสารเฉพาะทางที่เน้นด้านเทคโนโลยีไม้ในปี 1992

เป็นเวลากว่าทศวรรษหลังจากนั้น สิ่งพิมพ์ของ Siegfried Fink ในปี 1992 ถือเป็นแหล่งข้อมูลที่ชัดเจนเกี่ยวกับเทคโนโลยีไม้โปร่งใส และนักวิทยาศาสตร์อีกคนจากสถาบันเทคโนโลยีแห่งราชวงศ์ KTH ในสวีเดน ลาร์ส เบิร์กลุนด์ บังเอิญพบเอกสารเผยแพร่ดังกล่าว และนำมาใช้ในการวิจัยของเขา

ขณะนี้ ทีมนักวิจัยอีกทีมหนึ่งซึ่งนำโดยนักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุ Liangbing Hu จากมหาวิทยาลัยแมริแลนด์ในเมืองคอลเลจพาร์ค ได้มีส่วนร่วมอย่างแข็งขันในการพัฒนาไม้โปร่งใสโดยใช้เทคนิคที่แปรรูปไม้ธรรมชาติโดยตรง

ตามที่ทีมนักวิจัยได้กล่าวไว้ ไม้ประกอบด้วยเซลล์แนวตั้งขนาดเล็กจำนวนมาก คล้ายกับมัดฟางที่มัดเข้าด้วยกันด้วยกาว เซลล์รูปท่อเหล่านี้ทำหน้าที่ลำเลียงน้ำและสารอาหารภายในพืช

เพื่อผลิตไม้ที่โปร่งใส นักวิทยาศาสตร์ต้องดัดแปลงหรือเอากาวที่เรียกว่าลิกนินออก ในความเป็นจริงแล้วนี่คือสารที่ยึดมัดเซลล์เข้าด้วยกันและยังทำหน้าที่สร้างสีน้ำตาลให้กับลำต้นและกิ่งก้านอีกด้วย

หลังจากการฟอกสีหรือขจัดสีกาวลิกนินในไม้แล้ว ผนังเซลล์สีขาวทึบแสงจะยังคงอยู่ สาเหตุคือผนังเซลล์หักเหแสงต่างกันกับอากาศในถุงเซลล์จึงทำให้เอากาวที่ทำให้ไม้มีสีออกไป

เพื่อให้ได้ความโปร่งใส จำเป็นต้องเติมช่องอากาศในเซลล์ไม้ด้วยวัสดุ เช่น เรซินอีพอกซี ซึ่งมีผลในการหักเหแสง ทำให้มองเห็นไม้ทะลุผ่านได้ เนื่องจากเป็นผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป ไม้โปร่งใสจึงให้แสงผ่านได้มากกว่า 85% สามารถจับแสงแดดได้โดยไม่เกิดแสงสะท้อน ช่วยประหยัดพลังงานและทำให้แสงไฟภายในห้องสบายตามากขึ้น

ไม้โปร่งใสยังมีคุณสมบัติเชิงกลที่สมบูรณ์ ซึ่งช่วยแก้ไขปัญหาความปลอดภัยที่มักเกิดขึ้นกับวัสดุแก้วได้ นอกจากนี้ ไม้โปร่งใสยังทำหน้าที่ฉนวนได้ดีกว่ากระจก โดยอาจช่วยให้อาคารสามารถต้านทานความร้อนได้

ในการทำงาน ทีมของ Liangbing Hu ได้ใช้โพลีไวนิลแอลกอฮอล์ (PVA) ซึ่งเป็นโพลิเมอร์ที่พบได้ทั่วไปในกาวและบรรจุภัณฑ์อาหาร เพื่อแทรกเข้าไปในเซลล์ไม้ที่ผ่านการบำบัด ส่งผลให้ไม้โปร่งใสมีอัตราการนำความร้อนต่ำกว่ากระจกถึง 5 เท่า

ในขณะเดียวกัน ลาร์ส เบิร์กลุนด์และทีมงานของเขาที่สถาบันเทคโนโลยี KTH Royal Institute of Technology ในสวีเดนก็ได้ค้นพบวิธีสร้างฟังก์ชันการทำงานของหน้าต่างอัจฉริยะที่ทำจากวัสดุไม้โปร่งใสขึ้นมาใหม่เช่นกัน เทคโนโลยีนี้มีความสามารถในการสลับระหว่างสถานะโปร่งใสและสถานะมีสีเพื่อควบคุมการมองเห็นหรือปิดกั้นแสงแดด

วิธีการนี้เกี่ยวข้องกับการวางชั้นของโพลิเมอร์อิเล็กโทรโครมิกที่สามารถเปลี่ยนสีผ่านกระแสไฟฟ้า ซึ่งจะถูกวางไว้ระหว่างชั้นไม้โปร่งใสที่เคลือบด้วยโพลิเมอร์อิเล็กโทรโครมิกเพื่อนำไฟฟ้า

ตามการประเมินบางส่วน พบว่าเมื่อเทคโนโลยีมีการพัฒนามากขึ้น วัสดุไม้โปร่งใสจะมีความยืดหยุ่นมากขึ้น โปร่งใสมากขึ้น ยั่งยืนมากขึ้น และมีการใช้งานที่มีศักยภาพในหน้าจอสมาร์ทโฟนที่มีความทนทานเป็นพิเศษไปจนถึงอุปกรณ์ให้แสงสว่าง

HUYNH DUNG (ที่มา: Interestingengineering)

แหล่งที่มา