Наука

Вчені створили прозору деревину, яка міцніша та легша за скло

Дослідники з Університету Меріленда перетворили звичайні листи дерева на прозорий матеріал , майже такий же прозорий, як скло, але міцніший і з кращими ізоляційними властивостями. У майбутньому це може стати енергоефективним будівельним матеріалом.

Деревина складається з двох основних інгредієнтів: целюлози, яка є крихітними волокнами, і лігніну, який зв’язує ці волокна, щоб надати їй міцності.

Розірвіть паперовий рушник навпіл і уважно подивіться по краю. Ви побачите маленькі целюлозні волокна, які стирчать. Лігнін — це клейовий матеріал, який скріплює волокна разом, схожий на пластикову смолу в скловолокні або вуглецевому волокні. Лігнін також містить молекули, які називаються хромофорами, які надають деревині коричневий колір і перешкоджають проходженню світла.

Ранні спроби зробити прозору деревину передбачали видалення лігніну, але це передбачало використання небезпечних хімікатів, високих температур і багато часу, що робило продукт дорогим і дещо крихким. Нова техніка настільки дешева і проста, що її можна було б зробити буквально на задньому дворі.

Почавши з дерев’яних дощок довжиною метр і товщиною один міліметр, вчені просто нанесли розчин перекису водню за допомогою звичайної кисті. Якщо залишити на сонці або під ультрафіолетовою лампою протягом години або близько того, перекис вибілив коричневі хромофори, але залишив лігнін недоторканим, тому деревина стала білою.

Дослідники продемонстрували, що після нанесення шару перекису водню на непрозорий деревний матеріал і витримування його години сонячного світла він стає прозорим. (Qinqin Xia, Університет Меріленда/Science Advances)

Далі вони наповнили деревину міцною прозорою епоксидною смолою, призначеною для морського використання, яка заповнила щілини та пори в деревині, а потім затверділа. Це зробило білу деревину прозорою.

Ви можете побачити подібний ефект, якщо взяти той самий шматок паперового рушника, занурити його наполовину у воду та покласти на поверхню з малюнком. Білий паперовий рушник стане напівпрозорим, коли світло пройде крізь воду та целюлозні волокна, не розсіюючись при заломленні.

Епоксидна смола в деревині виконує ще краще роботу, пропускаючи 90 відсотків видимого світла. Результатом є довгий шматок, схожий на скло, з міцністю та гнучкістю дерева.

Дослідник тримає квадрат із прозорого деревного матеріалу проти зеленого листя. (Лісова служба USDA)

Як віконний матеріал, він був би набагато стійкішим до випадкових поломок. Прозора деревина легша за скло, має кращі ізоляційні властивості, що важливо, оскільки вікна є основним джерелом втрат тепла в будівлях. Для виготовлення чистої деревини також може знадобитися менше енергії, оскільки немає високих температур.

Прозора деревина може стати альтернативою склу в енергоефективних будівлях або, можливо, покриттям для сонячних панелей у суворих умовах. Не могло бути кінця використанням.

Багато різних видів деревини, від бальзи до дуба, можна зробити прозорими, і не має значення, розрізана вона вздовж або проти неї. Якщо прозоре дерево зробити трохи товщим, воно буде достатньо міцним, щоб стати частиною конструкції будівлі, тож там можуть бути цілі прозорі дерев’яні стіни.

Хоча ця технологія ще не досягла промислового рівня, дослідники кажуть, що вона має великий потенціал як новий будівельний матеріал. Фактично кажуть, що теоретично можна зробити прозорим цілий будинок. Незрозуміло, чому хтось хоче жити в прозорому будинку, але для людей, які хочуть, було б нормально кидати каміння…

Дослідник тримає 10-сантиметрову плиту з прозорого дерева. (Qinqin Xia, Університет Меріленда/Science Advances)