Преди 30 години един ботаник в Германия имаше просто желание.

Преди 30 години един ботаник в Германия имаше просто предпочитание. Да види вътрешното действие на дървесните растения, без да им прави дисекция. Чрез избелване на пигментите в растителните кафези, Зигфрид Финк съумява да сътвори транспарантно дърво.

Публикува техниката си в профилирано списание за технологии за дърво.

Документът от 1992 година остава последната написана дума за транспарантното дърво за повече от десетилетие. Докато откривател на име Ларс Берглунд не се натъква на него, пишат от ArsTecnica.

Берглунд е въодушевен от откритието на Финк, само че не по ботанически аргументи.

Ученият по материали, който работи в KTH Royal Institute of Technology в Швеция, специализира в полимерни композити. Той се интересува от основаването на по-здрава опция на транспарантната пластмаса. И той не беше единственият, който се интересуваше от преимуществата на дървото. Отвъд океана откриватели от Университета на Мериленд бяха заети със обвързвана цел – преодоляване на силата на дървото за нетрадиционни цели.

Сега, след години на опити, проучванията на тези групи стартират да дават плодове.

Прозрачното дърво скоро може да откри приложение в супер здрави екрани за смарт телефони, в меки осветителни тела, даже като структурни детайли – като изменящи цвета си прозорци.

Дървото се състои от безчет дребни отвесни канали, като стегнат вързоп сламки, свързани с лепило.

Тези тръбовидни кафези придвижват вода и хранителни субстанции през цялото дърво и когато дървото се обере и влагата се изпари, остават въздушни джобове. За да основат транспарантна дървесина, учените първо би трябвало да модифицират или да се отърват от лепилото, наречено лигнин. То държи клетъчните снопове дружно и обезпечава на стволовете и клоните множеството от земните им кафяви нюанси. След избелването на цвета на лигнина, или отстраняването му по различен метод, остава млечнобял скелет от кухи кафези.

Този скелет към момента е непрогледен, защото клетъчните стени огъват светлината в друга степен от въздуха в клетъчните джобове.

Това е стойност, наречена показател на изкривяване.

Запълването на въздушните джобове с вещество като епоксидна смола, което огъва светлината до степен, сходна на клетъчните стени, прави дървото транспарантно.

Материалът, с който са работили учените, е тъничък – нормално с дебелина под милиметър до към сантиметър.

Но клетките основават здрава конструкция на пчелна пита, а дребните дървесни нишки са по-здрави от най-хубавите въглеродни нишки, споделя ученият по материали Лянгбинг Ху, който управлява изследователската група, работеща върху транспарантно дърво в Университета на Мериленд в Колидж Парк. А с добавената смола транспарантното дърво превъзхожда пластмасата и стъклото.

При проби, измерващи какъв брой елементарно материалите се счупват, транспарантното дърво се оказа към три пъти по-здраво от транспарантните пластмаси като плексиглас.

И към 10 пъти по-здраво от стъклото.

„ Резултатите са невероятни, че едно парче дърво може да бъде крепко като стъкло “, споделя Ху, който посочи характерностите на транспарантното дърво в Annual Review of Materials Research 2023 година

Процесът работи и с по-дебело дърво, само че гледката през това вещество е по-мътна, тъй като разпръсква повече светлина.

В първичните си изследвания от 2016 година Ху и Берглунд откриха, че тънките милиметър листове от цялостните със смола дървени скелети пропущат 80 до 90 % светлина. Когато дебелината се приближава до сантиметър, пропускливостта на светлината пада. Групата на Берглунд оповестява, че дърво с дебелина 3,7 милиметра пропуща единствено 40 % от светлината.

Тънкият профил и здравината на материала значат, че той може да бъде чудесна опция на продуктите, направени от тънки, елементарно разбиващи се части пластмаса или стъкло.

Точно като за приложимост в екраните на смарт телефони и други устройства.

Френската компания Woodoo, да вземем за пример, употребява сходен развой за унищожаване на лигнин в своите дървени екрани. Тя обаче оставя малко лигнин, с цел да сътвори друга цветова хармония. Компанията приспособява своите рециклируеми, чувствителни на досег цифрови екрани за артикули, в това число автомобилни табла и рекламни билбордове.

Но множеството проучвания са съсредоточени върху транспарантното дърво като архитектурен детайл. Прозорците са изключително обещаващо приложение, споделя Продют Дар, биохимичен инженер в Индийския софтуерен институт Варанаси. Прозрачното дърво е доста по-добър изолатор от стъклото, тъй че може да помогне на постройките да задържат топлината или да я предпазят от нея.

Ху и сътрудниците му също са употребявали поливинил алкохол или PVA – полимер, употребен в лепило и опаковки за храни – за инфилтриране на дървените скелети, правейки транспарантно дърво, което организира топлота със скорост пет пъти по-ниска от тази на стъклото.

Екипът рапортува за това през 2019 година в Advanced Functional Materials.

И откривателите измислят други промени, с цел да усилят способността на дървото да задържа или освобождава топлота, което би било потребно за енергийно ефикасни здания. Селин Монтанари, академик по материали в изследователските институти RISE на Швеция, и сътрудници опитаха с материали с фазова смяна, които минават от предпазване към обособяване на топлота, когато се трансформират от твърдо в течно положение или противоположното. Чрез включване на полиетилен гликол, да вземем за пример, учените откриха, че тяхната дървесина може да съхранява топлота, когато е топла, и да отделя топлота, до момента в който се охлажда.

Работа, която те разгласиха в ACS Applied Materials and Interfaces през 2019 година

Следователно транспарантните дървени прозорци биха били по-здрави и биха помогнали за надзор на температурата по-добре от обичайното стъкло. Но гледката през тях би била мъглива, по-подобна на матирано стъкло, в сравнение с елементарен прозорец. Мътността обаче може да бъде преимущество, в случай че потребителите желаят дифузна светлина. Тъй като по-дебелата дървесина е здрава, тя може да бъде отчасти носеща натоварване от източник на светлина, споделя Берглунд.

Потенциално може да работи като таван, който обезпечава мека околна светлина в стаята.

Ху и Берглунд не престават да търсят способи да придадат нови свойства на транспарантното дърво. Преди към пет години Берглунд и сътрудници от KTH и Технологичния институт на Джорджия откриха, че могат да имитират интелигентни прозорци. Такива, които могат да превключват от транспарантни към тонирани, с цел да блокират видимостта или слънчевите лъчи. Изследователите са сложили електрохромен полимер – вещество, което може да трансформира цвета си с електричество – сред пластове от транспарантно дърво, покрито с електроден полимер, който организира електричество. Това сътвори панел от дърво, който се трансформира от транспарантен на магента, когато потребителите пуснат дребен електрически ток през него.

Съвсем неотдавна двете групи насочиха вниманието си към възстановяване на устойчивостта на производството на транспарантна дървесина.

Например, смолата, употребена за запълване на дървеното скеле, нормално е пластмасов артикул, получен от нефт. Така че е по-добре да се заобикаля потреблението му, споделят учените. Като сурогат те изобретиха напълно биологично основан полимер, получен от цитрусови кори. Екипът първо комбинира акрилова киселина и лимонов химикал, извлечен от лимонови и портокалови кори, който се съдържа в етеричните масла. След това те импрегнираха транспарантно дърво с него. Дори с плодов заряд, транспарантното дърво на биологична основа резервира своите механични и оптични свойства. Издържа към 30 мегапаскала налягане повече от елементарното дърво и пропуща към 90 % от светлината, оповестиха откривателите през 2021 година в Advanced Science.

Междувременно лабораторията на Ху неотдавна заяви в Science Advances за по-екологичен способ за избелване на лигнин. Той се основава на водороден прекис и UV радиация, като в допълнение понижава енергийните потребности на производството.

Екипът изчетка дървени резени с дебелина от към 0,5 до 3,5 милиметра с водороден пероксид, след което ги остави пред UV лампи, с цел да имитират слънчевите лъчи. UV избелва частите от лигнин, съдържащи пигмент, само че оставя структурните елементи непокътнати, като по този метод спомага за опазване на повече издръжливост в дървото.

Тези по-щадящи околната среда подходи спомагат за ограничение на количеството токсични химикали и полимери на основата на изкопаеми, употребявани в производството.

Но към този момент стъклото към момента има по-малко влияние върху околната среда в края на живота си, в сравнение с транспарантното дърво.

Това сочи разбор на Дар и сътрудници в Science of the Total Environment.

Възприемането на по-екологични индустриални схеми и увеличението на производството са две стъпки, нужни за прибавяне на транспарантна дървесина към главните пазари, споделят откривателите, само че това ще отнеме време. Те обаче са уверени, че това може да се направи и имат вяра в капацитета му като резистентен материал.