Зачем ученые сделали дерево прозрачным

Плотная структура дерева, волокна и его пигменты полностью блокируют свет. Однако в последние годы ученые научились превращать древесину в материал, который пропускает свет почти как стекло. Подробнее — в материале «Рамблера».

Этот необычный композит называют прозрачной древесиной, сообщает Naked Science. Исследователи рассматривают его как потенциальную альтернативу стеклу и пластику — более прочную, легкую и экологичную.

Основу древесины составляют три компонента: целлюлоза, гемицеллюлоза и лигнин. Именно лигнин придает дереву характерный цвет и делает его непрозрачным.

Лигнин выполняет важную функцию: он укрепляет клеточные стенки растений и делает древесину жесткой. Но одновременно это вещество поглощает и рассеивает свет. Поэтому обычная древесина имеет характерный коричневатый оттенок.

Если удалить лигнин, остается каркас из целлюлозных волокон — структура, напоминающая губку или тонкую бумагу. Такая структура сама по себе уже способна частично пропускать свет. Однако без дополнительной обработки она остается хрупкой и мутной.

Как делают прозрачное дерево?

Технология получения прозрачной древесины состоит из нескольких этапов. Сначала тонкие пластины дерева обрабатывают химическими растворами, которые удаляют лигнин. Этот процесс называется делигнификацией.

После удаления лигнина древесина становится почти белой и полупрозрачной, но при этом теряет часть своей прочности. Поэтому следующий этап — заполнение пор специальным прозрачным полимером, например эпоксидной смолой. Полимер заполняет микроскопические пустоты и восстанавливает механическую прочность материала.

В результате получается композит: природный каркас из целлюлозных волокон соединяется с прозрачным полимером. Такой материал способен пропускать свет, сохраняя при этом прочность древесины.

Как родилась идея?

Интересно, что идея прозрачного дерева появилась вовсе не в сфере строительства. В начале 1990-х немецкий ботаник Зигфрид Финк разработал метод обесцвечивания древесины, чтобы изучать внутреннюю структуру растений. Он хотел наблюдать движение жидкостей внутри тканей, не разрушая образец.

Электричество из трения и движения: как работает новый источник энергии

Научная работа долгое время оставалась малоизвестной. Однако спустя годы к ней обратились материаловеды. Один из них — исследователь Ларс Берглунд из Королевского технологического института KTH в Швеции — увидел в прозрачной древесине перспективный строительный материал. Идея была простой: если сохранить прочную структуру древесины и одновременно сделать ее прозрачной, можно получить новый класс материалов — легких, прочных и способных пропускать свет.

Чем прозрачное дерево отличается от стекла?

Во-первых, прозрачная древесина значительно легче. Во-вторых, благодаря волокнистой структуре древесины такой материал может быть прочнее и менее хрупким, чем стекло. В-третьих, древесина обладает лучшими теплоизоляционными свойствами.

Это означает, что окна или панели из прозрачного дерева могут лучше сохранять тепло в здании. Для архитектуры и энергоэффективного строительства это важное преимущество.

Кроме того, прозрачная древесина производится из возобновляемого природного сырья. Это делает ее потенциально более экологичной альтернативой синтетическим материалам.

Где такой материал может использоваться?

Сегодня прозрачная древесина рассматривается как перспективный материал для нескольких областей. Одно из самых очевидных применений — архитектура. Прозрачные панели из древесины могут использоваться в окнах, фасадах и светопропускающих стенах. При этом они обеспечивают естественное освещение и одновременно сохраняют тепло.

Еще одно направление — солнечная энергетика. Благодаря способности рассеивать свет прозрачная древесина может использоваться в солнечных батареях и светопроводящих панелях. Также рассматриваются применения в дизайне интерьеров, мебели и светильниках.

Почему этот материал пока нельзя купить?

Несмотря на впечатляющие свойства, прозрачная древесина пока остается экспериментальным материалом. Основная проблема — сложность и стоимость производства.

Процесс удаления лигнина требует использования химических веществ и большого количества энергии. Кроме того, необходимо тщательно контролировать пропитку древесины полимерами, чтобы материал оставался одновременно прозрачным и прочным.

Поэтому большинство существующих на сегодняшний день образцов создается в лабораториях или небольших экспериментальных производствах. Если технологии производства станут дешевле и экологичнее, прозрачное дерево может занять место среди новых материалов будущего — рядом с композитами, биополимерами и другими разработками, которые соединяют природные и искусственные свойства.

Ранее мы рассказывали о загадочной «демонской» частице, которую предсказали почти 70 лет назад.