Появляется прозрачная древесина, которая может стать энергоэффективной альтернативой стеклу
Анатолий Шуклецов - 10.02.21 (обновлено 10.02.21) Дерево – это древний материал, который люди использовали миллионы лет для строительства домов, кораблей и в качестве источника топлива для сжигания. Это также возобновляемый источник и один из способов улавливать избыток углекислого газа из атмосферы Земли. Сегодня основной компонент древесины – целлюлоза – производится ежегодно в 20 раз больше, чем сталь.
Одна вещь, для которой вы не стали бы использовать дерево – это изготовление окон. Вместо этого мы полагаемся на стекло и пластик, которые прозрачны и, будучи закаленными, могут оказать структурную поддержку. Но здания теряют много тепла через стекло, и хотя свет может переносить тепло через материал, это плохой изолятор. Вот почему нам нужны стеклопакеты. С другой стороны, дерево обладает хорошими изоляционными свойствами, но оно не является прозрачным. Обычно.
Фото: https://www.bois.com/
В последние годы материаловеды экспериментируют с тем, чтобы сделать дерево прозрачным. Обеспечение прозрачности древесины и сохранение ее высоких механических свойств могло бы стать хорошей альтернативой стеклу из экологически устойчивого и возобновляемого источника. Предыдущие методы были очень энергоемкими и использовали вредные химические вещества, но новое исследование показало способ сделать дерево прозрачным без использования огромного количества энергии в процессе.
Видя сквозь дерево
Непрозрачность древесины происходит из-за комбинации двух ее основных компонентов, целлюлозы и лигнина. Лигнин поглощает свет, а присутствие в материале хромофоров – светоактивных соединений – придает дереву коричневый цвет. Волокна в древесине, которые в основном состоят из целлюлозы, представляют собой полые трубчатые структуры. Воздух в этих полых трубках рассеивает свет, что еще больше снижает прозрачность материала.
Предыдущие работы по обеспечению прозрачности древесины включали полное удаление лигнина из структуры и замену его полимерным материалом. Удаление лигнина требует большого количества экологически вредных химикатов, а также значительно снижает механические свойства материала, делает его слабее. Новое исследование, проведенное учеными из Университета Мэриленда, демонстрирует, как сделать дерево прозрачным с помощью простого химического вещества – перекиси водорода, обычно используемой для обесцвечивания волос. Это химическое вещество модифицирует хромофоры, изменяя их структуру, поэтому они больше не поглощают свет и не окрашивают древесину.
Химикат можно нанести кистью на дерево, а затем активировать светом, чтобы получить блестящий белый материал – светлое дерево, если хотите. Химическая реакция древесины с перекисью водорода хорошо известна. Это основа для отбеливания древесной массы, используемой для изготовления бумаги – одна из причин, по которой бумага имеет блестящий белый цвет. Другая причина, по которой бумага белая, заключается в том, что поры или отверстия в ее структуре рассеивают свет, как и полые волокна целлюлозы в древесине. Заполнение этих волокон смолой уменьшает рассеивание, позволяя свету проходить через древесину и делая ее прозрачной, сохраняя при этом ее первоначальные механические свойства.
Фото: https://lenta.ua/
Деревянные окна
Это очень интересная разработка, в которой используются хорошо известные химические реакции перекиси водорода с лигнином. Этот подход также может быть применен к большим кускам материала, что приведет к производству прозрачных строительных материалов, предлагающих реальный потенциал для замены стекла.
Поскольку химикат наносится на дерево щеткой, есть возможность добавить материалу декоративные эффекты. Это может сделать панели из материала популярными для внутреннего применения, а также предложить дополнительную изоляцию.
Необходимо проделать дополнительную работу, чтобы оптимизировать реакцию с древесиной и включить ее в промышленно автоматизированный процесс. Но однажды, в будущем, вы можете сидеть дома или работать в здании с деревянными окнами.
Комментарии