Прозрачная древесина: строительный материал будущего?

Когда Тимоте Бойтузе изучал архитектуру в Японии, где здания должны выдерживать землетрясения, он понял, что следующим умным материалом может быть материал, который люди использовали в течение тысячелетий - дерево.

«Во Франции мы строим больше из бетона и камня, чем из дерева », - сказал Тимоте Бойтузе. «Когда я познакомился с японской культурой строительства, я понял, как можно создавать фантастические конструкции из дерева. Этот материал, который мы считали устаревшим, был на самом деле очень умным.

Инновационный материал - дерево

В 2016 году Бойтузе основал в Париже компанию по материаловедению Woodoo, которая занимается модернизацией древесины, чтобы придать ей новые свойства. Его цель - преобразовать строительную индустрию, например, заменив сталь на дерево. В отличие от других строительных материалов, таких как камень или бетон, которые содержат песок, древесина является возобновляемым ресурсом, что делает его привлекательным экологичным строительным материалом, сказал Бойтузе.

Строительство большего количества деревьев может также помочь обуздать большой углеродный след строительной отрасли, который ускоряет изменение климата. Согласно недавнему докладу Всемирного совета по экологическому строительству, 11% глобальных выбросов углерода происходят из материалов и строительных процессов на протяжении всего жизненного цикла здания. Поскольку деревья содержат углерод, использование древесины в зданиях является способом хранения углерода.

Древесина, однако, может использоваться не только для свай фундамента. Избирательно извлекая древесный лигнин, вещество, из которого состоят клеточные стенки, и заменяя его определенным типом полимера, он становится новым материалом. «Это дерево устойчиво к погодным условиям, более огнестойко, в три-пять раз прочнее и прозрачнее», - сказал Бойтузе.

Оптические свойства полимера соответствуют свойствам древесины, так что свет не изгибается, когда он проходит через такую древесину. Вместо этого это проходит. Эта прозрачность открывает широкие возможности.

Пока что именно автомобильные компании проявили наибольший интерес к его дополненной древесине.

В настоящее время в рамках проекта под названием 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 панелей» в автомобилях, говорит Бойтоузе.

Woodoo рассматривает автомобильную индустрию как ворота для вывода своей продукции на рынок, одновременно предлагая изделия из дерева, которые легче и производят меньше выбросов, чем традиционные панели.

Бойтоузе не единственный, взволнованный возможностями, которые предлагает дерево. Ларс Берглунд, профессор, занимающийся древесиной и древесными композитами в Королевском технологическом институте KTH в Швеции, обнаружил, что существует много вариантов использования прозрачной и прочной древесины.

«Сложно быть оригинальным, потому что люди сотни лет работали с деревом», - сказал профессор Берглунд, который возглавляет 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 еще не рассматривались», - сказал он. Их основное внимание уделяется использованию прозрачного дерева для инженерных целей.

Профессор Берглунд использует древесину в качестве шаблона для нанотехнологий, как, например, Бойтоузе, удаляя лигнин, вводя оптически совместимый полимер и добавляя другие технологии для расширения его функциональных возможностей.

Приложение, которое больше всего волнует профессора Берглунда, - это встраивание квантовых точек в дерево для создания светодиодов, потому что он подозревает, что это может быть приложение, которое позволит команде проникнуть на коммерческий рынок. «Идея состоит в том, что ваш потолок будет деревянной панелью, а деревянная панель будет иметь такую ​​функцию светодиодов, чтобы вы могли иметь внутреннее освещение прямо с потолка», - сказал он.

По словам профессора Берглунда, в отличие от точечного источника света, свет прозрачного дерева рассеянный, что делает его более естественным и легким для глаз. Квантовые точки представляют собой совокупность полупроводниковых атомов шириной в несколько нанометров, которые флуоресцируют при воздействии ультрафиолетового излучения. Эти панели являются лишь одним из многих применений, которые WoodNanoTech разработал для своей прозрачной древесины.

Древесина также может служить основой для электрохромных окон. Эти «умные окна», окрашенные тонким слоем полимера, могут блокировать свет при прохождении через них электричества.

До сих пор команда профессора Берглунда использовала полимер на нефтяной основе для замены лигнина в древесине, но они ищут более зеленую альтернативу. 

Профессор Берглунд считает, что эта древесина следующего поколения также имеет место 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.

И использование материала с изменением фазы вместо полимера для замены лигнина превращает древесину в устройство накопления энергии. В течение дня эта настоянная древесина может поглощать тепло, но ночью, когда температура остывает, материал с фазовым переходом кристаллизуется, выделяя тепло.

«Мы начинаем с дерева, делаем его несущим, а затем интегрируем (нано) технологию с другими функциями», - сказал профессор Берглунд.

Основной проблемой для новых технологий является масштабируемость, и древесина следующего поколения не является исключением. «Как вы масштабируете от лабораторной обработки, где у вас есть строгий контроль над вашей наноструктурой, до того, что можно сделать в промышленном масштабе?» Профессор Берглунд спросил, добавив, что они ищут коммерческих партнеров. Это может быть сложно для академических исследовательских проектов.

Боитузе говорит, что уже есть много мест, где можно приобрести древесину. Вуду, среди прочего, использует бук, сосну и тополь, в то время как исследовательская группа профессора Берглунда переключает свое внимание на березу.

Следующий шаг для профессора Берглунда - сделать его модифицированное дерево более экологически чистым. Один из способов сделать это - сохранить как можно больше лигнина, а не выбрасывать его. «Если вы удалите его, вы добавите химический этап, который будет стоить энергии, потребует растворителей», - сказал он. Использование большего количества лигнина также означает сохранение большего количества углерода в зданиях. опубликовано econet.ru по материалам phys.org

Подписывайтесь на наш youtube канал!

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet