Ученые создают прочную полупрозрачную древесину из натуральных материалов

Фото из открытых источников

Прозрачная древесина может быть получена исследователями, если они изменят естественную структуру древесины. Этот материал был предложен в качестве прочной, экологически чистой альтернативы пластику. Но при этом часто жертвуют биоразлагаемостью древесины. Исследователи надеются изменить это, создавая прозрачную древесину из почти полностью натуральных материалов и делая ее электропроводящей. Результаты своих исследований исследователи были представлены на весенней встрече Американского химического общества (ACS).

«В наши дни пластик повсюду, включая наши устройства, которые мы носим с собой. И это становится проблемой, когда срок службы этого устройства подходит к концу. Он не биоразлагаемый», — объясняет соавтор исследования профессор Бхарат Баруах из Университет штата Кеннесо. «Поэтому я спросил, а что, если мы можем создать что-то натуральное и биоразлагаемое вместо этого?»

Баруах заинтересовался прозрачной древесиной благодаря своим увлечениям вне работы, а именно, хобби по обработке дерева. Но он понял, что прозрачная древесина, о которой сообщали другие ученые, использовала для прочности такие материалы, как эпоксидные смолы, разновидность пластика. Чтобы найти натуральные материалы, которые сохраняли бы древесину прочной и стабильной с течением времени, он снова обратился к своему личному опыту.

Выросший в штате Ассам на северо-востоке Индии, Баруах столкнулся со зданиями, которые стояли веками — задолго до изобретения современной версии цемента. Вместо этого древние каменщики создавали цемент, смешивая песок с клейким рисом и яичными белками. Баруах предположил, что те же самые материалы могут быть идеальными для придания прочности и устойчивости его прозрачным древесинам.

Древесина состоит из трех компонентов: целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина. Чтобы сделать ее прозрачной, лигнин и гемицеллюлозу удаляют, оставляя после себя пористую, похожую на бумагу сеть целлюлозы. Затем бесцветный материал заполняет эти поры, также восстанавливая некоторую жесткость.

Вместе с Ридхэмом Равалем Баруах превратил куски бальсового дерева в натуральную полупрозрачную древесину, вытащив лигнин и гемицеллюлозу с помощью вакуумной камеры и химикатов, включая сульфит натрия (делигнифицирующий агент), гидроксид натрия (разновидность щелока) и разбавленный отбеливатель. Затем поры были заполнены путем замачивания их в смеси яичного белка и рисового экстракта, вместе с отвердителем под названием диэтилентриамин, чтобы материал оставался прозрачным. Исследователи говорят, что эти реагенты, если их использовать в небольших количествах, как в этом эксперименте, представляют небольшую угрозу для окружающей среды.

В конце концов, команда осталась с полупрозрачными кусками дерева, которые были прочными и гибкими. Затем команда исследовала некоторые потенциальные применения для их инженерной древесины, в том числе в качестве замены стеклянных окон. И снова Баруах применил свои навыки столяра и переделал скворечник в крошечный, однооконный, изолированный дом. Чтобы проверить энергоэффективность модернизированного жилища, он поместил скворечник под лампу накаливания и поместил внутрь термометр. Температура внутри дома была на 5-6 градусов по Цельсию прохладнее, когда использовалось прозрачное дерево, чем когда использовалось стекло, что предполагает, что этот новый материал может служить энергоэффективной альтернативой стеклу в окнах.

Чтобы еще больше расширить потенциальные возможности применения прозрачной древесины, команда также включила в некоторые образцы серебряные нанопровода. Это добавление позволило древесине проводить электричество, что может быть полезно для носимых датчиков или покрытий для солнечных батарей. Серебряные нанопровода не являются биоразлагаемыми, но команда надеется провести дальнейшие эксперименты с использованием других проводящих материалов, таких как графен, чтобы сохранить их полностью естественную прозрачную древесину.