Светлое будущее

30.11.2018

Возможности современных лабораторий ограничены, пожалуй, только фантазией сотрудников. О сверхпрочной древесине мы уже рассказывали в прошлом номере, а как вам идея заменить стекло на дерево? Да, вы все правильно прочитали, ученым сразу из двух лабораторий удалось добиться создания прозрачной древесины.

Шведские ученые из Стокгольмского Королевского технологического института (KTH Royal Institute of Technology in Stockholm), а также исследователи из Университета Мериленда (University of Maryland) независимо друг от друга разработали технологию обработки древесины, позволяющую сделать этот экологически чистый материал прозрачным. Потенциал такой разработки переоценить сложно, ведь древесина значительно дешевле, чем стекло, и намного экологичнее пластика.

Наверное, сложно было представить себе, что в скором будущем из дерева можно будет делать не только оконные рамы, но и «стекла», однако уже сегодня появилась такая возможность. Кроме того, древесину можно использовать в производстве солнечных батарей, а значит, монополии кремниевого стекла может прийти конец.

СКАНДИНАВСКИЙ МЕТОД
Шведские ученые во главе с Ларсом Берглун-дом (Lars Berglund) сумели удалить из древесины лигнин – сложное полимерное соединение, в которое превращаются мембраны растительных клеток после одеревенения.

Такая белая основа в дальнейшем пропитывается предварительно полимеризованным метилметакрилатом (C5H8O2), который и придает материалу прозрачность. Само же удаление лигнина проходит при помощи кипячения древесины в водном растворе гидроксида натрия (NaOH) и других химических соединений. Детали эксперимента пока не разглашаются, и информации о том, какие породы древесины подходят лучше, при каких температурах проводится обработка, каков полный состав раствора, пока нет, однако необходимо отметить и то, что работа над прозрачной древесиной еще не завершена.

Пока говорить об абсолютной прозрачности и о полной оптической проницаемости деревянного стекла рано. Сегодня ученым еще предстоит найти составы, которые позволят добиться таких же характеристик по пропусканию света, как у стекла; не решен и вопрос отражения излучений. Вдобавок к этому исследователи хотят добиться возможности регулировать степень прозрачности в зависимости от сферы применения материала. Пока дерево может полностью заменить только матовое стекло, но это, как утверждают шведы, лишь вопрос времени.

Прозрачность древесины достигается
путем удаления лигнина

Еще одним плюсом использования древесины вместо стекла можно назвать и великолепные теплоизоляционные свойства. Так, окна, которые по сложившейся практике являются главными «охладителями» помещений, при замене стекол на прозрачную древесину смогут снизить потери тепла на десятки процентов. Также этот материал может быть использован и для компьютерных чипов, но о деревянных компьютерах поговорим в других статьях.


«Когда лигнин удаляется, древесина приобретает красивый белый цвет. Но поскольку древесина не обладает естественной прозрачностью, нам приходится прибегать к использованию обработки на наноуровне», – рассказывает Ларс Берглунд.


Как отмечают скандинавские исследователи, ранее никто еще не пытался использовать прозрачные конструкции таких размеров, каких можно добиться при помощи прозрачной древесины. Материал весьма прочен, и из него можно создавать цельные витражи и фронтоны зданий, которые сегодня весьма популярны, особенно в домах скандинавского стиля барн (барнхаус).

Может ли прозрачная древесина побороться со стеклом за рынок окон? Сегодня вряд ли, но в производстве солнечных панелей древесина используется уже сейчас.jpg

АМЕРИКАНСКИЙ МЕТОД
Аналогичный материал получили и коллеги Ларса Берглунда из Университета Мериленда. Авторы стальной древесины, о которой мы писали в предыдущем номере, также добились прозрачности материала за счет удаления лигнина после кипячения древесины в растворе гидроксида натрия.

Как мы уже рассказывали, другие исследования показали, что регуляция уровня лигнина в древесине существенно влияет на его прочность, а его полное удаление делает древесину не только прозрачной, но и довольно хрупкой. С этой проблемой американские ученые справились, используя эпоксидную смолу, которой обрабатывается древесина уже после кипячения.

Безусловно, такая обработка несколько снижает экологичность материала, ведь в жидком состоянии эпоксидные смолы довольно токсичны, и, хотя в твердом состоянии они считаются безвредными, в них по-прежнему остаются ядовитые растворимые вещества. Но нужно понимать, что такая жертва экологической чистотой не напрасна, ведь нанесение смол позволяет сделать обработанную древесину в 4–5 раз прочнее, а значит, материал сможет выдерживать все необходимые нагрузки.

Проблему абсолютной прозрачности не удалось пока решить и в Штатах, и тут «деревянное стекло» тоже пока что предлагается использовать в тех конструкциях, которые не требуют абсолютной прозрачности.

Таким образом, ученые сделали большой шаг в сторону использования древесины в светопропускающих элементах конструкций и строений. Сегодняшние результаты позволяют полностью заменить матовое кварцевое стекло на древесину или создавать солнечные панели из древесины. Но исследователям и экспериментаторам предстоит проделать еще большой объем работы, чтобы добиться идеальной прозрачности материала.

Кирилл Веревочкин

Фото из архива: www.algedra.ae www.businessinsider.com


Оцените материал:
Читайте также в рубрике
11.09.2020
Зарубежный опыт
30.06.2020
Зарубежный опыт
28.02.2020
Зарубежный опыт
18.10.2019
Зарубежный опыт
23.08.2019
Зарубежный опыт
23.05.2019
Зарубежный опыт
11.10.2018
Зарубежный опыт
12.09.2018
Зарубежный опыт
30.07.2018
Зарубежный опыт