Gỗ trong suốt cho màn hình điện thoại

[Romano]

Gỗ tự nhiên là nguồn tài nguyên quan trọng trong xây dựng, nhiên liệu và đồ nội thất; được đánh giá cao về tính linh hoạt, khả năng tái tạo và nét duyên dáng về mặt thẩm mỹ. Tuy nhiên, những tính năng mới đối với gỗ đang xuất hiện khi cộng đồng khoa học nghĩ ra một số phương pháp để tinh chỉnh các đặc tính vận chuyển quang, nhiệt, cơ học và ion của vật liệu thông qua các thay đổi hóa học và vật lý đối với cấu trúc xốp vốn có và thành phần hóa học của nó.Để theo đuổi mục tiêu này, một nhóm nhà nghiên cứu nghĩ ra chiến lược đổi mới để biến đổi gỗ trong những năm gần đây, mang đến cho nó những khả năng mới. Những tiến bộ này mở ra cơ hội thay thế những vật liệu truyền thống, không tái tạo, có nguồn gốc từ dầu mỏ trong nhiều ứng dụng đa dạng - bao gồm ô tô, lưu trữ năng lượng, xây dựng và xử lý môi trường. Sự thay đổi này đánh dấu sự rời bỏ các lĩnh vực truyền thống là xây dựng và công nghiệp giấy dành cho gỗ. Gỗ trong suốt sẵn sàng trở nên linh hoạt, với nhiều ứng dụng tiềm năng từ màn hình điện thoại thông minh siêu bền đến thiết bị chiếu sáng. Ngoài ra, nó có thể được sử dụng trong các thành phần cấu trúc - chẳng hạn như cửa sổ có khả năng thay đổi màu sắc.Nghiên cứu của tương lai

Siegfried Fink - giáo sư Viện Thực vật học Rừng và Sinh lý học Cây Đại học Freiburg (Đức) - tạo ra gỗ trong suốt bằng cách loại bỏ khỏi tế bào thực vật, một quá trình được ông trình bày chi tiết trong một tạp chí chuyên ngành tập trung vào công nghệ gỗ. Trong hơn mười năm, ấn phẩm năm 1992 của Fink được coi là nguồn thông tin chính xác về gỗ trong suốt cho đến khi một nhà khoa học khác tại Viện Công nghệ Hoàng gia KTH (Thụy Điển) là Lars Berglund tình cờ phát hiện ra nó. Đồng thời, một nhóm nhà nghiên cứu khác, đứng đầu là nhà khoa học vật liệu Liangbing Hu tại Đại học Maryland ở College Park, đã tích cực tham gia vào việc phát triển gỗ trong suốt thông qua kỹ thuật trực tiếp trên gỗ tự nhiên. Gỗ bao gồm nhiều rãnh nhỏ thẳng đứng, giống như một bó ống hút được buộc chặt lại với nhau bằng keo. Những tế bào hình ống này có chức năng vận chuyển nước và chất dinh dưỡng trong cây. Khi cây được thu hoạch và hơi ẩm bốc hơi, các túi khí sẽ bị bỏ lại.

Theo Ars Technica, để sản xuất gỗ trong suốt, ban đầu nhà khoa học phải thay đổi hoặc loại bỏ chất keo, được gọi là lignin - chất kết dính các bó tế bào lại với nhau và tạo ra màu nâu đất cho thân và cành. Sau khi tẩy hoặc loại bỏ màu của lignin, vẫn còn lại khung tế bào rỗng màu trắng đục. Khung tạo thành vẫn không trong suốt vì thành tế bào khúc xạ ánh sáng khác với không khí trong túi tế bào, một đặc tính được gọi là chỉ số khúc xạ. Để đạt được độ trong suốt, cần phải lấp đầy các túi khí này bằng một vật liệu như nhựa epoxy, có tác dụng bẻ cong ánh sáng ở mức độ tương tự như thành tế bào khiến gỗ có thể… nhìn xuyên qua.

Thuộc tính đa dạng

Nhóm nhà nghiên cứu đã tạo ra gỗ trong suốt, một loại vật liệu xây dựng thu ánh sáng và tiết kiệm năng lượng. Họ làm theo hai bước chính để tạo ra nó: loại bỏ lignin, chất hấp thụ ánh sáng và lấp đầy gỗ bằng nhựa epoxy giống polymer phù hợp với chỉ số khúc xạ. Loại gỗ trong suốt này có khoảng 80% sương mù quang học (một thước đo ánh sáng tán xạ), cho phép hơn 85% ánh sáng đi qua. Nó có thể đón ánh sáng mặt trời mà không gây chói, giúp tiết kiệm năng lượng và chiếu sáng trong nhà thoải mái. Độ mờ cao của gỗ trong suốt đảm bảo chiếu sáng đều trong nhà. Nó cũng có tính toàn vẹn cơ học mạnh mẽ (khoảng 100 MPa), hấp thụ năng lượng va chạm hiệu quả và dẻo, giải quyết mối lo ngại về an toàn thường liên quan đến vật liệu thủy tinh. Hơn nữa, gỗ trong suốt vượt trội hơn kính ở vai trò cách nhiệt, có khả năng hỗ trợ tòa nhà trong việc giữ hoặc đẩy nhiệt. Trong công việc của mình, Hu và nhóm của ông sử dụng polyvinyl (PVA) - một loại polymer thường thấy trong keo và bao bì thực phẩm, để truyền các bộ xương gỗ. Điều này dẫn đến gỗ trong suốt có tốc độ dẫn nhiệt thấp hơn 5 lần so với thủy tinh.

Berglund và nhóm nghiên cứu tại KTH và Viện Công nghệ Georgia cũng phát hiện ra cách tái tạo chức năng của cửa sổ thông minh, có khả năng chuyển đổi giữa trạng thái trong suốt và trạng thái nhuốm màu để kiểm soát tầm nhìn hoặc chặn ánh sáng mặt trời. Theo ARS Technica, phương pháp của họ liên quan đến việc xếp lớp một loại polymer điện sắc - có khả năng thay đổi màu sắc thông qua điện - giữa các lớp gỗ trong suốt được phủ một loại polymer điện cực để dẫn điện.

Nhóm nhà khoa học hiện đặt mục tiêu nâng cao tính thân thiện với môi trường của gỗ trong suốt bằng cách giảm thiểu việc sử dụng hóa chất độc hại và polyme gốc hóa thạch trong quá trình sản xuất.