100kitov.ru

Интересные факты — события, биографии людей, психология
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Найден новый способ сделать дерево прозрачным

Учёные нашли новый способ сделать древесину прозрачной, чтобы заменить стекло

Учёные нашли новый способ сделать древесину прозрачной, чтобы заменить стекло

Древесина — древнейший материал, который люди с момента своего появления на Земле использовали для строительства домов, кораблей, а также в качестве источника топлива. На сегодняшний день ежегодные объёмы производства основного компонента древесины — целлюлозы — превышают производство стали в 20 раз. Однако есть вещи, для которых дерево использовать не получится, например, для окон. Здесь лучше всего подходит стекло, оно прозрачное, но пропускает тепло. С другой стороны, дерево обладает хорошими теплоизоляционными свойствами, но не является прозрачным. Как раз это и пытаются исправить учёные.

В последние годы исследователи проводят много экспериментов, чтобы добиться прозрачности древесины и сохранить её свойства. Это могло бы стать хорошей альтернативой стеклу из экологически безопасного и возобновляемого источника. Предыдущие методы были очень энергоёмкими и использовали вредные химические вещества, однако новое исследование проведённое учёными из Мэрилендского университета показало, что есть способ сделать дерево прозрачным без применения огромного количества энергии и вредных веществ.

Учёные нашли новый способ сделать древесину прозрачной, чтобы заменить стекло

Непрозрачность древесине придаёт комбинация двух её основных компонентов — целлюлозы и лигнина. Лигнин поглощает свет, а хромофоры окрашивают дерево в коричневый цвет. Волокна в древесине, которые в основном состоят из целлюлозы, представляют собой полые трубчатые структуры, где воздух рассеивает свет, ещё больше снижая прозрачность материала. Во время предыдущих экспериментов учёные полностью удаляли лигнин и заменяли его полимерным материалом. Эта процедура требовала использования большого количества вредных химикатов, а также значительно снижала свойства древесины. Теперь учёные сумели сделать это с помощью обычной перекиси водорода, которая меняет структуру хромофоров настолько, что они больше не поглощают свет и не окрашивают древесину.

Читайте так же:
Как собирать грибы? Описание, фото и видео

Учёные нашли новый способ сделать древесину прозрачной, чтобы заменить стекло Учёные нашли новый способ сделать древесину прозрачной, чтобы заменить стекло

На самом деле, химическая реакция древесины с перекисью водорода уже давно известна. Она лежит в основе изготовления бумаги, и это одна из причин, почему бумага имеет белый цвет. Такой подход может быть применён и к большим кускам дерева, что приведёт к производству прозрачных строительных материалов из древесины.

Солнечный свет помог в создании прозрачной древесины

Ученые сделали производство прозрачной древесины экологичнее, эффективнее и проще. Изменение технологии обесцвечивания позволило уменьшить расход и выброс вредных химикатов, а полученные образцы оказались прочнее изготовленных по стандартной технологии. Статья опубликована в журнале Science Advances.

Популярный процесс обесцвечивания древесины связан с удалением лигнина из нее и называется делигнификацией. Лигнин заполняет все пространство между целлюлозным каркасом древесины и отвечает за ее цвет. Образованный после удаления лигнина материал оказывается хрупким и для того, чтобы получить гибкий и прочный образец, его можно, к примеру, залить эпоксидной смолой. Другой вариант — пропитать раствором квантовых точек, высушить, спрессовать и покрыть защитным слоем. Такую последовательность действий предложили новозеландские и швейцарские ученые для получения гибкого светящегося материала.

(a) этапы приготовления прозрачной древесины, (b) и (c) примеры изготовления

Qinqin Xia et al. Science Advances, 2021

Основой для тестирования нового метода стала легкая и прочная древесина бальзового дерева (Ochroma pyramidal). Авторы вырезали кусочки разной толщины — от 0,6 до 3,3 нанометров, с помощью кисти наносили на них раствор перекиси водорода (H2O2) и облучали УФ излучением до тех пор, пока образец не менял цвет с коричневого на белый. После отмывки в этаноле в течение пяти часов образец пропитывали эпоксидной смолой и высушивали при комнатной температуре. Для упрощения этапа с облучением можно просто помещать образцы на улице под солнцем, излучение которого тоже содержит ультрафиолет. Исследователи протестировали такой способ на больших образцах и выяснили, что для их обесцвечивания достаточного одного часа.

Читайте так же:
Почему сухофрукты калорийнее свежих плодов?

(a), (b) образцы прозрачной древесины разной ориентации, (c) — (g) оптические и механические параметры образцов в сравнении с обычной древесиной, (e) различие в ориентации пор внутри образца и прохождение пучка через образцы

Qinqin Xia et al. Science Advances, 2021

Прозрачная древесина, изготовленная новым способом показала не только высокую прочность, но и пропускающую способность в разных направлениях. В зависимости от того, как вырезать кусочек древесины для эксперимента, ее каркас может быть ориентирован разным способом. Оказалось, что разработанный метод позволяет получать образцы, пропускание которых не зависит от ориентации.

Отличные оптические и механические свойства полученной древесины в совокупности с простотой, экологичностью и низкой стоимостью процесса открывает пути по развитию крупномасштабного производства. Возможность выборочно обрабатывать определенные участки позволит применять такую древесину в дизайне.

Помимо удаления лигнина древесины, ученые интересуются и другими способами ее модификации и пересборки. Например, немецкие и швейцарские ученые разработали материал для 3D-печати из целлюлозы и лигнина. А турецкие химики обнаружили полезное свойство лигнина — оказалось, что он защищает древесину от статического электричества.

masterok

Исследователи из Университета Мэриленда обнаружили новый способ обработки дерева, в результате которого оно становится прозрачным. Об уникальном методе и его преимуществах они сообщили в журнале Science Advances.

Недостатки прежней технологии

Идея прозрачного дерева в целом не новая, так как ученые длительное время работали над получением такого материала. В сфере строительства оно пользовалось бы огромным спросом, заменив собой обычное стекло. Главным образом потому, что дерево более прочное и не разрушается под механическим воздействием. Однако, вопреки приложенным усилиям, материал оказался невостребованным. Всему виной несколько технологических нюансов. Разработкой материала занимались ученые из шведского Королевского технологического института. Чтобы добиться прозрачности, ранее древесину подвергали химической обработке с целью удаления лигнина.

Читайте так же:
Почему в США 110 Вольт? Причины, фото и видео

Это вещество, которое характеризует одеревеневшие стенки растительных клеток. Ему свойственна высокая прочность на сжатие, именно поэтому дерево такое твердое. По старому методу после удаления лигнина оно становилось просто белым. Чтобы добиться нужной прозрачности, к нему добавляли полиметилметакрилат – органическое стекло. Количество лигнина зависит от породы. Например, у лиственных деревьев его объем равен 18-24%, а у хвойных – от 23 до 50%. В чистом виде вещество имеет беловатый цвет. Именно благодаря его присутствию старые книги приобретают особый аромат, так как со временем лигнин окисляется.

Удаление лигнина из дерева делает его более хрупким. К тому же, данный процесс занимает большое количество времени и сопровождается образованием жидких отходов. Новый метод ученых Мэриленда позволяет устранить эти недостатки, так как в процессе обработки лигнин меняется, но не исчезает полностью.

В чем отличие нового метода?

Первым делом древесина (использовали лиственную породу – бальсу) подверглась обработке перекисью водорода. Затем на нее воздействовали ультрафиолетовым светом (или же естественным солнечным). Дальнейшая процедура очистки заключалась в замачивании материала в этаноле. Все эти меры необходимы для того, чтобы устранить лишь те молекулы лигнина, которые отвечают за цвет дерева. Осталось лишь добиться гладкости – для этого поры древесины заполнили бесцветной эпоксидной смолой.

Результат оказался успешным: материал пропускал 90% света, а его прочность в 50 раз выше по сравнению с прозрачным деревом, которое изготавливали по старой технологии. К тому же, дерево стало легче, прочнее стекла, улучшились его изоляционные свойства. Область применения такого материала довольно широкая – он подходит не только для окон, но и для крыш.

Теоретически, за счет высокой прочности древесины, ее можно задействовать и в строительстве полностью прозрачного дома. Размеры таких конструкций не ограничены. Исследователи предполагают, что использовать прозрачное дерево, созданное по их технологии, можно и в других сферах. Например, для производства дисплеев сенсорных устройств, которые эксплуатируются в экстремальных условиях.

Читайте так же:
Какие рыбы спят под землей?

Ученые создали прозрачную древесину, которая прочнее стекла

Экология потребления. Наука и открытия: Это может изменить технологии в строительстве. Если использовать этот волноводный эффект древесины, можно доставить больше света в дома.

Это может изменить технологии в строительстве.

Что произошло?

Исследователям из Университета Мериленда удалось убрать из бруска древесины цвет и химические вещества, и сделать его прозрачным. В результате они получили более прочный материал, который хуже проводит электричество в сравнении со стеклом и при этом более подвержен биоразложению, чем пластик.

Ученые создали прозрачную древесину, которая прочнее стекла

«Мы были очень удивлены тем, насколько прозрачным удалось его сделать», — рассказывает Лянбин Ху, участник проекта, который написал о нем для журнала Advanced Materials.

Над созданием прозрачной древесины работала не только команда Ху – ученым из Швеции также удалось избавиться от ненужной видимой массы, заменив ее на прозрачный полимер. Технологии обработки, разработанные двумя группами исследователей, примерно похожи и состоят из двух этапов.

Как сделать дерево прозрачным?

Сначала ученые кипятят древесину в смеси воды, гидроксида натрия и других химикатов примерно в течение двух часов. В ходе этого процесса вымывается лигнин, молекулы которого придают древесине характерный цвет. Затем брусок покрывается эпоксидной смолой, которая хоть и делает процесс чуть менее экологически чистым, но зато позволяет добиться увеличения прочности материала в четыре-пять раз.

Как можно использовать эту технологию?

Одним из важнейших свойств обработанной таким способом древесины является сохранение структуры и естественных каналов дерева. Эти микроканалы могут передавать свет так же, как они переносили в себе питательные вещества внутри растения. «В обычных материалах свет рассеивается», — говорит Ху. — Если использовать этот волноводный эффект древесины, можно доставить больше света в дома».

Читайте так же:
Как делают фитильные зажигалки (видео)

Ученые создали прозрачную древесину, которая прочнее стекла

Есть ли ограничения?

Так что мешает нам строить дома из прозрачной древесины, помимо вопросов защиты личной жизни? Ограниченные габариты. Пока технология позволяет работать только с пластинками 12,5х12,5 см и толщиной от листка бумаги до одного сантиметра – и это намного крупнее, чем то, что пока могут делать шведские ученые. Доктор Ху и исследователи Университета Мериленда продолжают работу над увеличением размера образцов.

Если команде удастся задуманное, технологию можно будет применить в огромном количестве областей: от производства окон, строительных материалов и мебели до создания более точного оптического оборудования, которое ранее изготавливалось из стекла или пластика. опубликовано econet.ru

Понравилась статья? Напишите свое мнение в комментариях.
Подпишитесь на наш ФБ:

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию