ruua

Прозрачная древесина может стать энергоэффективной альтернативой стеклу


238
238 points

Дерево — это древний материал, который люди использовали миллионы лет для строительства домов, кораблей и в качестве топлива. Это также возобновляемый источник и один из способов улавливать избыток углекислого газа из атмосферы Земли. А производство целлюлозы из древесины сегодня превышает производство стали в 20 раз.

Но есть одна вещь, для которой люди пока не используют дерево — это заполнение окон

Прозрачная древесина может стать энергоэффективной альтернативой стеклу
Изображение: Pixabay Composite

Вместо этого мы склонны полагаться на стекло и пластик, которые прозрачны и в закаленном состоянии способны поддерживать каркас.

Но здания теряют много тепла через стекло, и хотя свет и переносит тепло сквозь этот материал, стекло не является хорошим теплоизолятором. Вот почему мы используем стеклопакеты. С другой стороны, дерево обладает хорошими теплоизоляционными свойствами, но оно непрозрачно. Обычно.

В последние годы материаловеды экспериментируют с тем, чтобы сделать дерево прозрачным. Обеспечение прозрачности древесины и сохранение её высоких механических свойств могло бы стать хорошей альтернативой стеклу из экологически устойчивого и возобновляемого источника. Прежние методы были очень энергоемкими и использовали вредные химические вещества, но новое исследование показало способ сделать дерево прозрачным без использования огромного количества энергии.

Видеть сквозь дерево

Непрозрачность древесины объясняется сочетанием двух ее основных компонентов: целлюлозы и лигнина. Лигнин поглощает свет, а присутствие в материале светоактивных соединений хромофоров придает древесине 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. В то же время удаление лигнина требует использования 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. Она используется при отбеливании древесной массы, используемой для изготовления бумаги — это 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 рассеяние, позволяя свету проходить через древесину и делая ее прозрачной, сохраняя при этом её первоначальные механические свойства.

Полностью деревянные окна

Это очень интересная разработка, в которой используются хорошо известные химические реакции перекиси водорода с лигнином. Такой подход может быть применен и 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 теплоизоляцию.

Безусловно, для оптимизации реакции с древесиной и включения её в промышленно автоматизированный процесс потребуются дальнейшие изыскания. Но однажды в будущем, вы, скорее всего, сможете сидеть дома или работать в здании с полностью деревянными окнами.


Понравилось? Поделитесь с друзьями!

238
238 points
Василий Вдовиченко
Южная научно-исследовательская лаборатория