Чи замінить прозоре дерево скло?

Натуральна деревина є життєво важливим ресурсом для будівництва та виготовлення меблів. Вона також високо цінується за свою універсальність, можливість переробки та естетичну привабливість.

Однак, багато нових можливостей деревини починають з'являтися, оскільки вчені розробляють методи точного налаштування оптичних, теплових, механічних та іонно-транспортних властивостей деревних матеріалів шляхом хімічних та фізичних модифікацій властивої їй пористої структури та хімічного складу деревини.

Для досягнення цієї мети в останні роки дослідники розробили інноваційні стратегії перетворення деревини з урахуванням її потенціалу для нових застосувань.

Вчені розробили прозору деревину для екранів смартфонів та вікон-трансформерів. (Ілюстративне зображення: Shutterstock)

Раніше Зігфрід Фінк створював прозору деревину, видаляючи пігменти з рослинних клітин усередині деревини. Він детально описав цей технологічний процес у спеціалізованому журналі, присвяченому деревообробці, у 1992 році.

Протягом понад десятиліття після цього публікація Зігфріда Фінка 1992 року слугувала основним джерелом точної інформації про технологію прозорої деревини. Інший науковець Королівського технологічного інституту KTH у Швеції, Ларс Берглунд, випадково натрапив на цю публікацію та використав її для своїх досліджень.

Тепер інша група дослідників під керівництвом вченого-матеріалознавця Лянбінга Ху з Університету Меріленду в Коледж-Парку активно займається розробкою прозорої деревини за допомогою методів прямої обробки натуральної деревини.

За даними дослідницької групи, деревина складається з багатьох дрібних вертикальних трубчастих клітин, схожих на пучок соломинок, зв'язаних разом клеєм. Ці трубчасті клітини виконують функцію транспортування води та поживних речовин усередині дерева.

Щоб отримати прозору деревину, вченим доводиться модифікувати або видаляти речовину під назвою лігнін. Фактично, ця речовина зв'язує пучки клітин разом і надає стовбуру та гілкам їхнього землисто-коричневого кольору.

Після знебарвлення або видалення кольору лігніну в деревині залишаються непрозорі білі клітинні стінки. Це пояснюється тим, що клітинні стінки заломлюють світло інакше, ніж повітря всередині клітинних мішечків, з яких було видалено лігнін, що надає деревині її кольору.

Щоб досягти прозорості, ці повітряні кишені в деревних клітинах необхідно заповнити матеріалом, таким як епоксидна смола, яка заломлює світло, дозволяючи деревині бути прозорою. Готовий продукт, ця прозора деревина, пропускає понад 85% світла. Вона може вловлювати сонячне світло без відблисків, заощаджуючи енергію та забезпечуючи комфортніше освітлення в приміщенні.

Прозора деревина також має міцну механічну міцність, що вирішує проблеми безпеки, часто пов'язані зі скляними матеріалами. Крім того, прозора деревина перевершує скло з точки зору теплоізоляції, потенційно допомагаючи будівлям відводити тепло.

У своїй роботі дослідницька група Лянбіна Ху використала полівініловий спирт (ПВА), полімер, який зазвичай міститься в клеях та харчовій упаковці, для наповнення оброблених деревних клітин. Це призвело до отримання прозорої деревини з теплопровідністю, яка в п'ять разів нижча, ніж у скла.

Ларс Берглунд та його дослідницька група з Королівського технологічного інституту KTH у Швеції також виявили спосіб відтворити функціональність розумних вікон, виготовлених з прозорого деревного матеріалу. Ця технологія може перемикатися між прозорим та тонованим станами для контролю видимості або блокування сонячного світла.

Їхній метод передбачає нанесення електрохромного полімеру, здатного змінювати колір під дією електричного струму, між шарами прозорої деревини, покритої електрохромним полімером для провідності.

Згідно з деякими оцінками, з розвитком технологій прозорі деревні матеріали стануть більш універсальними, прозорими та екологічнішими, що потенційно призведе до їх застосування в усьому, від надміцних екранів смартфонів до освітлювальних приладів.

ХУЇНЬ ЗУНГ (Джерело: Interestingengineering)

Джерело