Прозрачное дерево прочнее пластика и прочнее стекла

Кусок стекла на фотографии выше был сделан из дерева в лаборатории Лесной службы Министерства сельского хозяйства США. Прозрачный древесный материал используется для изготовления экранов смартфонов, теплоизолированных окон и многого другого.

Отбеливая пигменты в растительных клетках, Зигфриду Финку удалось создать прозрачную древесину, и он опубликовал свою технику в специализированном журнале по технологиям древесины. Статья 1992 года оставалась последним словом о прозрачной древесине более десяти лет, пока на нее не наткнулся исследователь по имени Ларс Берглунд.

Ученый-материаловед, работающий в Королевском технологическом институте KTH в Швеции, специализируется на полимерных композитах и был заинтересован в создании более прочной альтернативы прозрачному пластику. И он был не единственным, кто интересовался достоинствами дерева. За океаном исследователи из Университета Мэриленда были заняты достижением схожей цели: использовать силу древесины для нетрадиционных целей.

Теперь, после многих лет экспериментов, исследования этих групп начинают приносить плоды. Прозрачная древесина вскоре может найти применение в сверхпрочных экранах для смартфонов; в мягких, светящихся светильниках, и даже в качестве конструктивных особенностей в домов, таких как окна, меняющие цвет.

Древесина состоит из бесчисленных маленьких вертикальных каналов, похожих на плотный пучок соломинок, связанных между собой клеем. Эти трубчатые клетки переносят воду и питательные вещества по всему дереву, и когда дерево собирают и влага испаряется, после него остаются карманы воздуха. Чтобы создать прозрачную древесину, ученым сначала необходимо модифицировать или избавиться от клея, называемого лигнином, который скрепляет пучки клеток и придает стволам и ветвям большую часть их землистых коричневых оттенков. После обесцвечивания лигнина или удаления его другим способом остается молочно-белый скелет из полых клеток.

С добавлением смолы прозрачная древесина превосходит пластик и стекло: в тестах, измеряющих, насколько легко материалы разрушаются или разрушаются под давлением, прозрачная древесина оказалась примерно в три раза прочнее, чем прозрачные пластики, такие как оргстекло, и примерно в 10 раз прочнее, чем стекло.

Тонкий профиль и прочность материала означают, что он может стать отличной альтернативой изделиям, изготовленным из тонких, легко разрушающихся кусков пластика или стекла, таким как экраны для дисплеев.

Но большинство исследований было сосредоточено на прозрачном дереве как архитектурном элементе, а особенно многообещающим является использование окон, говорит Продьют Дхар, инженер-биохимик из Индийского технологического института Варанаси. Прозрачная древесина является гораздо лучшим изолятором, чем стекло, поэтому она может помочь зданиям сохранить тепло или не допустить его проникновения. Ху и его коллеги также использовали поливиниловый спирт или ПВА — полимер, используемый в клее и упаковке пищевых продуктов — для проникновения в деревянные скелеты, создавая прозрачную древесину, которая проводит тепло в пять раз ниже, чем стекло, сообщила команда в 2019 году.

Эти более экологически чистые подходы помогают ограничить количество токсичных химикатов и полимеров на основе ископаемого топлива, используемых в производстве, но на данный момент стекло по-прежнему оказывает меньшее воздействие на окружающую среду в конце срока службы, чем прозрачное дерево, согласно анализу Дхара и его коллег из Science of the Total Environment. По мнению исследователей, внедрение более экологичных схем производства и расширение производства — это два шага, необходимые для вывода прозрачной древесины на основные рынки, но это займет время. Однако они уверены, что это возможно, и верят в его потенциал как устойчивого материала.

Полный тест статьи можно прочитать по ссылке ниже.