3DNews Технологии и рынок IT. Новости окружающая среда Новая прозрачная древесина заменит пласт… 20.10.2022 [10:21], Геннадий Детинич Новое исследование индийских учёных доказывает, что прозрачная древесина может стать экологически чистой и технически совершенной альтернативой сначала пластику, а затем и стеклу. Она пригодна для производства прозрачной упаковки, оконных и даже лобовых стёкол автомобилей. Технология изготовления прозрачной древесины созрела для выхода в свет и это может произойти довольно быстро. Источник изображения: Anish M. Chathoth «Прозрачная древесина как материал может заменить экологически вредные пластмассы на основе нефти, такие как полипропилен, поливинилхлорид (ПВХ), акрил, полиэтилен и т.д.», — сказал Продьют Дхар (Prodyut Dhar), доцент школы биохимической инженерии Индийского технологического института и автор опубликованного в издании Science of The Total Environment исследования. Прозрачная древесина была открыта в 1992 году немецким ученым Зигфридом Финком в процессе побочного продукта его научной работы. Суть открытия заключается в том, что из древесины убирается такой биополимер природного происхождения, как лигнин, а вместо него вводится тот или иной прозрачный пластиковый материал. Подобная операция ухудшает экологические свойства прозрачной древесины, но если сравнивать её с чистым пластиком, то негативный эффект будет намного-намного меньше. «Пластик используется в качестве замены стекла, которое [по природе] хрупкое. Однако прозрачная древесина является ещё лучшей альтернативой с экологической точки зрения, как показал наш анализ жизненного цикла [нового материала]», — сказал Дхар. С экологической и экономической точки зрения прозрачная древесина уже сегодня может являться наилучшей альтернативой пластику, который практически не разлагается в природе и которого, по данным ООН, сегодня в мире выбрасывается до 400 млн т ежегодно. «Прозрачная древесина в основном создается с использованием тонких срезов древесины и обладает хорошей прочностью, как и обычная древесина, но имеет меньший вес. Возможность придания ей многочисленных и улучшенных свойств путем включения специализированных материалов делает её уникальным биоматериалом для разнообразных применений», о чём авторы исследования рассказали в одном из интервью. До проведённого исследования общепринятым методом создания прозрачной древесины была замена лигнина на метакрилатные полимеры. Индийские учёные воспользовались для удаления лигнина хлоритом натрия и затем пропитали её специальным эпоксидным составом. Предложенный метод, как утверждается, имеет намного меньшее воздействие на окружающую среду. Технология эта лучше, чем производство полиэтилена, но по экологичности пока уступает производству стекла. Источник: Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER. Материалы по теме Постоянный URL: https://3dnews.ru/1076044/prozrachnaya-drevesina-zamenit-plastik-i-steklo-v-domah-stanet-teplee-na-ulitsah-chishche Рубрики: Теги: ← В |
Если говорить о замене стекла, то прозрачная древесина в пять раз лучше сохраняет тепло, что даёт экономию энергии. К тому же она не бьётся и гибкая, что даёт простор в архитектурных решениях.
Учёные уверены, что со временем они придумают эффективную технологию для производства древесины для замены стекла, что изменит представление о строительстве и даже производстве экранов для смартфонов.прозрачная древесина вместо стекла / Хабр
Древесина + человечество = one love
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.
Если удалить из древесины лигнин, она может стать прозрачной
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.
Прозрачная древесина может стать окном в будущее
Автор: Эми Андрофф, Лаборатория лесных товаров, Роберт Вестовер, Управление коммуникаций, Лесная служба Министерства сельского хозяйства США в
Лесное хозяйство
29 июля 2021 г.
Кусок стекла на фотографии выше был сделан из дерева. Исследовательская работа в Лаборатории лесных товаров по использованию дерева для создания прозрачных окон продвигается вперед. (Фото Лесной службы Министерства сельского хозяйства США)
Может ли взгляд сквозь деревья быть взглядом на более зеленое будущее? Деревья, заменяющие прозрачные стекла в ваших окнах, — это не произведение научной фантастики.
Это происходит сейчас.
Исследователь Лаборатории лесных товаров (FPL) Джуньонг Чжу в сотрудничестве с коллегами из Университета Мэриленда и Университета Колорадо разработал прозрачный древесный материал, который может стать окном завтрашнего дня. Исследователи обнаружили, что прозрачная древесина может превзойти стекло, используемое в настоящее время в строительстве, практически во всех отношениях.
Их результаты были опубликованы в журнале Advanced Functional Materials в статье «Чистая, прочная и теплоизолированная прозрачная древесина для энергоэффективных окон».
В то время как стекло является наиболее распространенным материалом, используемым в производстве окон, оно имеет высокую экономическую и экологическую цену.
Тепло легко передается через стекло, особенно одинарное стекло, и приводит к более высоким счетам за электроэнергию, когда оно уходит в холодную погоду и проникает внутрь, когда тепло. Производство стекла в строительстве также имеет большой углеродный след.
Производственные выбросы составляют примерно 25 000 метрических тонн в год.
Теперь прозрачное дерево становится одним из самых многообещающих материалов будущего.
Прозрачная древесина получается, когда древесина из быстрорастущего бальзового дерева с низкой плотностью обрабатывается при комнатной температуре в окислительной ванне, которая отбеливает ее почти до полной видимости. Затем древесину пропитывают синтетическим полимером, называемым поливиниловым спиртом (ПВА), в результате чего получается практически прозрачный продукт.
Натуральная целлюлоза в структуре древесины и энергопоглощающий полимерный наполнитель в прозрачной древесине означают, что она намного прочнее и легче стекла. Он может выдерживать гораздо более сильные удары, чем стекло, и, в отличие от стекла, гнется или раскалывается, а не разбивается.
Переход на прозрачную древесину также может оказаться экономически выгодным. Он примерно в пять раз более термически эффективен, чем стекло, что снижает затраты на электроэнергию.
Он изготовлен из устойчивого, возобновляемого ресурса с низким уровнем выбросов углерода. Он также совместим с существующим промышленным технологическим оборудованием, что упрощает переход к производству.
Со всеми этими потенциальными преимуществами для потребителей, производства и окружающей среды доводы в пользу прозрачной древесины не могут быть… яснее.
Категория/Тема:
Лесное хозяйство
Теги:
Лесная служба
Лесное хозяйство
Лаборатория лесных товаров
Университет Мэриленда
Университет Колорадо
прозрачное дерево
Прозрачное дерево: строительный материал будущего?
«Во Франции мы строим больше из бетона и камня, чем из дерева», — сказал он.
«Когда я познакомился с японской строительной культурой, я понял, как можно строить фантастические сооружения из дерева. Этот материал, который мы считали старым материалом без инноваций, на самом деле был очень умным. Это привело меня в восторг от дерева».
В 2016 году Бойтузе основал в Париже, Франция, компанию по материаловедению Woodoo, которая модернизирует древесину, чтобы придать ей новые свойства. Его внимание сосредоточено на преобразовании строительной отрасли, например, путем замены стали на дерево. По словам Бойтузе, в отличие от других строительных материалов, таких как камень или бетон, содержащие песок, древесина является возобновляемым ресурсом, что делает ее привлекательным устойчивым строительным материалом.
Строительство большего количества деревьев с помощью деревьев также может помочь сдержать большой углеродный след строительной отрасли, который ускоряет изменение климата. Согласно недавнему отчету Всемирного совета по экологическому строительству, 11% глобальных выбросов углерода приходится на материалы и строительные процессы на протяжении всего жизненного цикла здания.
Поскольку деревья содержат углерод, использование древесины в зданиях является способом хранения углерода.
Однако дерево можно использовать не только для опорных столбов. Выборочно извлекая лигнин из древесины — вещество, из которого состоят ее клеточные стенки — и заменяя его полимером определенного типа, получается новый материал. «(Эта древесина) устойчива к атмосферным воздействиям, более огнестойкая, в три-пять раз прочнее и прозрачнее», — сказал Бойтузе.
Оптические свойства полимера соответствуют свойствам дерева, поэтому свет не преломляется при прохождении через аугментированную древесину. Вместо этого он проходит. Эта прозрачность открывает широкий спектр возможностей.
Аугментированный
До сих пор автомобильные компании проявляли наибольший интерес к его аугментированному дереву.
В настоящее время в рамках проекта Woodoo Augmented Wood компания работает над интеграцией электроники в чувствительную к прикосновениям древесину в сотрудничестве с отраслевыми партнерами.
Материал, который пропускает свет, станет деревянными панелями для «тактильных приборных панелей» в автомобилях, говорит Бойтузе.
Компания Woodoo рассматривает автомобильную промышленность как ворота для вывода своей продукции на рынок, представляя при этом изделия из дерева, которые легче и производят меньше выбросов, чем традиционные панели.
Буатузе не единственный, кто в восторге от возможностей, которые предлагает древесина. Ларс Берглунд, профессор дерева и древесных композитов в Королевском технологическом институте KTH в Швеции, обнаружил, что прозрачная прочная древесина может использоваться во многих областях.
«В этой области трудно быть оригинальным, потому что люди работали над технологиями обработки древесины сотни лет, — сказал профессор Берглунд, возглавляющий проект WoodNanoTech. В то время как другие исследования в основном пытались устранить его недостатки, такие как чувствительность к воде, он и его команда сосредоточились на других характеристиках древесины.
«Мы смогли освободиться от этого ограничения и взглянуть на новые возможности, которые до сих пор не рассматривались», — сказал он. Их внимание сосредоточено на использовании прозрачной древесины для инженерных целей.
Профессор Берглунд использует древесину в качестве шаблона для нанотехнологий, подобно Бойтузе, удаляя лигнин, вводя оптически совместимый полимер и добавляя другие технологии для расширения его функциональности.
Приложение, которое больше всего волнует профессора Берглунда, — это встраивание квантовых точек в дерево для создания светоизлучающих диодов (LED), потому что он подозревает, что это может быть приложение, которое позволит команде выйти на коммерческий рынок. «Идея состоит в том, что ваш потолок будет из деревянной панели, а деревянная панель будет иметь эту светодиодную функцию, поэтому вы можете иметь внутреннее освещение прямо с потолка», — сказал он.
В отличие от точечного источника света, свет прозрачного дерева является рассеянным, что делает его более естественным и приятным для глаз, говорит профессор Берглунд.
Квантовые точки представляют собой совокупность атомов полупроводника размером в несколько нанометров, которые флуоресцируют при воздействии УФ-излучения. Эти панели — лишь одно из многих применений, которые компания WoodNanoTech разработала для своей прозрачной древесины.
Древесина также может служить основой для электрохромных окон. Эти «умные окна», окрашенные тонким слоем полимера, могут блокировать свет, когда через них проходит электричество.
»
«(Улучшенная древесина) устойчива к атмосферным воздействиям, более огнестойкая, в три-пять раз прочнее и прозрачнее».
Тимоти Бойтузе, основатель и генеральный директор Woodoo
Энергетика
Профессор Берглунд считает, что эта древесина следующего поколения также найдет применение в энергетическом секторе. «Мы можем повысить эффективность (солнечных элементов), потому что рассеяние света (внутри дерева) означает, что путь (света) длиннее, поэтому вы можете поглощать больше энергии», — сказал он.
А использование материала с фазовым переходом вместо полимера для замены лигнина превращает древесину в устройство для хранения энергии. В течение дня эта настоянная древесина может поглощать тепло, но ночью, когда температура падает, материал с фазовым переходом кристаллизуется, выделяя тепло.
«Мы начинаем с дерева, делаем его несущим, а затем интегрируем (нано) технологии с другими функциями», — сказал профессор Берглунд.
Основной задачей новых технологий является масштабируемость, и древесина нового поколения не является исключением. «Как вы переходите от лабораторной обработки, где вы полностью контролируете свою наноструктуру, к чему-то, что можно делать в промышленных масштабах?» — спросил профессор Берглунд, добавив, что они ищут коммерческих партнеров. Это может быть сложно для академических исследовательских проектов.
Интеграция электроники в чувствительную к прикосновению древесину может проложить путь к интерактивным деревянным приборным панелям в автомобилях.
Изображение предоставлено — Woodoo
Для компании Woodoo Boitouset тот факт, что у их компании уже есть отраслевые партнеры, позволяет им увеличить производство. В настоящее время они производят 5000 квадратных метров аугментированной древесины в год, что составляет примерно три четверти футбольного поля, и планируют увеличить объем до 300 000 квадратных метров в год.
К счастью, древесину для аугментированной древесины легко достать.
Уже есть много мест, где можно добыть древесину, говорит Бойтузе. Woodoo использует, среди прочего, бук, сосну и тополь, в то время как исследовательская группа профессора Берглунда модернизирует бальзу и обращает внимание на березу.
Следующим шагом для профессора Берглунда является сделать его модифицированную древесину более экологически чистой. Один из способов сделать это — сохранить как можно больше лигнина, а не выбрасывать его. «Если вы удалите его, вы добавите химическую стадию, которая будет стоить энергии и потребует растворителей», — сказал он.