Прозрачное дерево своими руками

Прозрачное дерево — уникальный материал, что сохраняет тепло и пропускает свет

Натуральная древесина — экологичный, качественный и долговечный материал, но по внешнему виду он порой уступает современному высокотехнологичному сырью для постройки домов. Но сейчас самые новомодные архитектурные сооружения делают именно из дерева, правда, не из обычного, а из прозрачного. Это уникальное сырье пропускает через себя лучи света, поэтому смотрится просто потрясающе.

Откуда появилась прозрачная древесина

Над созданием необычного стройматериала одновременно трудились две группы ученых — из Университета Мериленда и из Швеции. Обе команды исследователей практически в одни сроки сумели убрать из дерева цвет и сделать его почти прозрачным. Результаты работы были представлены на ежегодной выставке Американского химического общества в 2019 году.

Сведения о новинке были напечатаны в журнале ACS Biomacromolecules. По рассказам ведущего шведского исследователя, доктора Ларса Берглунда, вначале из оптической древесины был удален лигнин (этот компонент клеточных стенок поглощал свет). После удаления его место занял акрил. Рассеивание света было уменьшено, но не прекратилось полностью, ведь акрил сам по себе является довольно плотным и непрозрачным.

В дальнейших исследованиях в древесные поры после извлечения лигнина был введен полимер ПЭГ (полиэтиленгликоль). Это твердое вещество обладает способностью глубокого внедрения в клетки дерева, поскольку имеет высокое сродство с ним. ПЭГ может сохранять энергию при нагреве. В солнечную погоду он поглощает тепло, а ночью, когда на улице прохладно — проводит его вовнутрь. Таким способом вещество поддерживает постоянную и комфортную температуру в доме, оптимизируя свойства древесины. Чтобы полиэтиленгликоль не расплавлялся и не покидал древесные поры, его поместили в них в капсулированной форме. Акрил также вошел в состав конечного продукта, поэтому современная прозрачная древесина все равно получается чуть мутноватой.

Как именно делают материал

Чтобы сделать дерево прозрачным, первым этапом из него вымывают лигнин, который придает характерный цвет. Для этого бруски кипятят в смеси гидроксида натрия, воды, иных химических веществ около 2 часов. Далее материал насыщают ПЭГ и иными компонентами. В завершение процесса бруски покрывают эпоксидной смолой, которая повышает прочность дерева в 4-5 раз.

Свойства нового сырья

Несмотря на присутствие ряда химических веществ, оптическое дерево считается экологичным материалом. По безопасности оно стоит на строчку выше, чем бетон или пластик, ведь все его компоненты являются биоразлагаемыми. После завершения срока эксплуатации любые элементы из оптического сырья могут быть утилизированы простым способом.

Благодаря присутствию акрила материал становится влагостойким и не боится воздействия влаги. По прочности он тоже не уступает иному строительному сырью и легко выдерживает механические нагрузки (лучше, чем стекло и пластик). Новый стройматериал довольно плохо проводит электричество, при этом обладает отличными теплоизолирующими свойствами и высоким коэффициентом пропускания света.

Применение прозрачной древесины

Материал с уникальным внешним видом и свойствами может изменить привычные технологии строительства. Благодаря ему можно доставить больше света в дом, что позволит сократить энергопотребление и снизить финансовые траты жильцов.

Если заменить часть традиционного строительного сырья новинкой, то такие стены и окна будут не просто пропускать свет, но и накапливать энергию. Следовательно, дом станет более теплым и удобным для проживания.

По мнению ученых, технология может войти в массовое производство примерно через 5 лет. Пока размеры брусков оптической древесины довольно ограничены (примерно 12,5*12,5 см с толщиной около 1 см), но в будущем возможно получение более крупных плит. Из них планируется делать окна, мебель, стройматериалы, заменять стекло и пластик во множестве других сфер и областей.

Также оптическая древесина должна прочно внедриться в интерьер помещений, ведь из нее можно делать интересные предметы быта и дизайна. Китайские исследователи и вовсе планируют строить из такого дерева теплицы, которые наверняка произведут революцию на рынке. В ближайшем будущем материал займет место в нашей жизни, сделав ее более красивой и комфортной.

Прозрачная древесина: новая технология для замены стекла из возобновляемого сырья Прозрачная древесина: новая технология для замены стекла из возобновляемого сырья

Источник

Дерево могут сделать похожим на стекло

Группа исследователей из университета Мэриленда нашла новый способ сделать дерево прозрачным. В своей статье, опубликованной в журнале Science Advances, группа описывает свой процесс и его преимущества перед старой технологией.

Прозрачное дерево — привлекательная идея, над которой учёные работают уже некоторое время. Строители рассматривают такой материал в качестве укрепления для домов. Дело в том, что дерево прочнее стекла — например, оно не расколется Но, несмотря на большие усилия, прозрачное дерево так и не нашло коммерческого использования — в основном из-за способа его изготовления.

Обычный способ сделать дерево прозрачным включает использование химикатов для удаления лигнина. Этот процесс занимает много времени, дает много жидких отходов и приводит к более слабой древесине. Теперь ученые нашли способ сделать древесину прозрачной без удаления лигнина.

Особенность нового процесса в том, что лигнин заменяют, а не удаляют. Исследователи удалили молекулы лигнина, которые участвуют в создании цвета древесины. Сначала они нанесли перекись водорода на поверхность дерева, а затем подвергли обработанную древесину воздействию ультрафиолетового света (или естественного солнечного света). Затем древесину замачивали в этаноле для дальнейшей очистки. В финале ученые заполнили поры прозрачной эпоксидной смолой, чтобы дерево стало гладким.

Полученная древесина оказалась в 50 раз прочнее, чем прозрачная древесина, полученная обычным способом. Кроме того, она ​​пропускала 90% света. Исследователи обнаружили, что оно прочнее и легче стекла, а также обеспечивает лучшую изоляцию. Его можно использовать как для окон, так и для крыш. Ученые отмечают, что дерево теоретически можно использовать для создания полностью прозрачного дома — оно настолько прочное, что может использоваться в качестве материала для несущих стен .

Источник

Окна будущего: прозрачная древесина вместо стекла

История отношений человечества и древесины насчитывает миллионы лет.

Из дерева строят дома и корабли, его используют как источник топлива. Древесина, в отличие от нефти и газа, ресурс не только полезный, но и возобновляемый. Кроме того, деревья удаляют избыток углекислого газа из атмосферы.

Целлюлоза — главный компонент древесины. Ежегодно в мире её производится в 20 раз больше, чем стали.

В 21-м веке мы почти не используем дерево для изготовления окон, предпочитая стекло и пластик, которые хорошо держат форму. Но стекло — плохой теплоизолятор. Именно поэтому нам нужны стеклопакеты, так мы уменьшаем потери тепла внутри помещения. Дерево обладает хорошими изоляционными свойствами, но оно непрозрачно. По крайней мере, сейчас.

В последние годы материаловеды экспериментируют над тем, чтобы получить прозрачное дерево. Прозрачная древесина, сохраняющая свои высокие механические свойства, могла бы стать хорошей альтернативой стеклу.

Как сделать дерево прозрачным

Непрозрачной древесину делают два её основных компонента: целлюлоза и лигнин.

Лигнин поглощает свет, а присутствие в материале хромофоров — свето-активированных соединений — придает древесине коричневый цвет. Волокна древесины, которые в основном состоят из целлюлозы, представляют собой полые трубчатые структуры. Воздух в этих полых трубках рассеивает свет, что еще больше снижает прозрачность материала.

Ранее, чтобы сделать древесину прозрачной, ученые полностью удаляли лигнин из структуры и заменяли его полимерным материалом. Это требовало большого количества экологически вредных химикатов, а также значительно снижало механические свойства материала, делало его слабее.

Новое исследование ученых из Университета Мэриленда, продемонстрировало, как сделать дерево прозрачным с помощью простого химического вещества — перекиси водорода, которую обычно используют для обесцвечивания волос. Это химическое вещество модифицирует хромофоры и изменяет их структуру. Они перестают поглощать свет и больше не окрашивают древесину.

Химикат можно нанести щеткой на древесину, а затем активировать светом, чтобы получить белоснежный материал — светлое дерево. Химическая реакция древесины с перекисью водорода хорошо известна. Её используют для отбеливания древесной массы при изготовлении бумаги, именно поэтому бумага имеет ярко-белый цвет.

Другая причина белизны бумаги заключается в том, что поры (отверстия) в ее структуре рассеивают свет, как и полые волокна целлюлозы в древесине. Если заполнить целлюлозные волокна смолой, это позволит свету беспрепятственно проходить через древесину и сделает ее прозрачной. При этом первоначальные механические свойства древесины сохранятся.

Деревянные окна будущего будут красивыми

Эта разработка интересна тем, что использует хорошо известные химические реакции перекиси водорода с лигнином. Кроме того, метод применим к большим кускам сырья, что позволит производить прозрачные строительные материалы, обладающие реальным потенциалом для замены стекла.

Химикат наносится на древесину щеткой, что дает простор для различных декоративных эффектов на материале. Это может сделать панели из прозрачной древесины популярным материалом не только для дополнительной теплоизоляции, но и для для внутренней отделки помещений.

Ученым необходимо проделать дополнительную работу, чтобы оптимизировать реакцию с древесиной и включить ее в промышленно автоматизированный процесс. Но вполне вероятно, что в скором будущем мы сможем сидеть дома или работать в здании с полностью деревянными окнами.

Источник

Рецепт изготовления прозрачных деревянных панелей

—> +7 926 604 54 63 address

В университете штата Мэриленд (University of Maryland) обычные деревянные пластины сделали прозрачными. Получен материал, пропускающий несколько меньше света, чем стекло, но при этом прочный и с хорошими изоляционными свойствами. Возможно, мы видим прототип нового энергоэффективного строительного материала.

Структура древесины формируется двумя основными компонентами: целлюлозой, которая представляет собой крошечные волокна, и лигнином, который связывает эти волокна вместе, чтобы придать ей прочность.

Лигнин — сложный полимер, который связывает волокна целлюлозы. Лигнин также содержит молекулы, так называемые , именно они придают древесине цвет и препятствуют прохождению света.

Предыдущие попытки сделать древесину прозрачной предполагали удаление лигнина. Процессы проходили с использованием опасных химических веществ, при высоких температурах и в течение длительного времени. В итоге получался дорогой и хрупкий материал. Новая же технология настолько дешёвая и простая, что её можно повторить «в гараже».

Использовались листы шпона метровой длины и толщиной миллиметр. Листы обрабатывались раствором перекиси водорода — ничего сложного, учёные пользовались обычной малярной кистью. Далее заготовки находились на солнце или под ультрафиолетовой лампой примерно в течение часа. За это время перекись «отбеливала» коричневые хромофоры, оставляя лигнин нетронутым — древесина становилась белой.

Затем древесина была залита прозрачной эпоксидной смолой, которая заполнила внутренние полости и поры в древесине и затвердела. Белое дерево стало прозрачным.

Сочетание эпоксидной смолы и древесины даёт материал, пропускающий 90% видимого света. В результате мы видим длинный кусок «стекла» с прочностью и гибкостью дерева.

Такой материал будет сложнее случайно разбить, чем привычные стёкла. Использование его для остекления зданий сократит теплопотери, дерево обладает более высокими теплоизоляционными свойствами, чем стекло. Кроме того, для производства прозрачной древесины может потребоваться меньше энергии — высокие температуры не нужны.

Прозрачная древесина может использоваться в энергоэффективных зданиях. Возможно, она принесёт пользу в качестве покрытия для солнечных панелей, работающих в суровых условиях.

Прозрачными можно сделать многие виды древесины — от бальсы до дуба. Не имеет значения, распилена ли доска вдоль волокон или поперёк. Если сделать достаточно толстые доски прозрачного дерева, то из них можно, по идее, построить хоть стену, хоть дом целиком.

Технологии ещё далеко до промышленного использования, но исследователи верят в огромный потенциал прозрачной древесины как нового строительного материала.

Источник