ベルグルンドはフィンクの発見に触発されましたが、植物学的理由からではありませんでした。スウェーデンの KTH 王立工科大学で働くこの材料科学者はポリマー複合材料を専門とし、透明プラスチックに代わるより堅牢な代替品を作成することに興味を持っていました。木材の利点に興味を持っていたのは彼だけではありませんでした。海の向こう、メリーランド大学の研究者たちは、木材の強度を従来とは異なる目的に利用するという、関連する目標に取り組んでいた。

長年にわたる実験を経て、現在、これらのグループの研究は実を結び始めています。透明な木材は、スマートフォンの超強力なスクリーンに間もなく使用される可能性があります。柔らかく輝く照明器具で。さらには、色が変わる窓などの構造上の特徴としても使用できます。

「この材料には有望な将来があると心から信じています」と、大学院生としてバーグルンド氏の研究室で働いていた中国の南京林業大学の木材ナノテクノロジー学者、キリアン・フー氏は言う。

木材は、接着剤でしっかりと束ねられたストローの束のように、無数の小さな垂直溝で構成されています。これらの管状の細胞は水と栄養素を全体に輸送します 木そして、木が収穫されて水分が蒸発すると、空気のポケットが残ります。シースルーウッドを作成するには、科学者はまずリグニンと呼ばれる接着剤を変更または除去する必要があります。この接着剤は細胞の束をつなぎ合わせ、幹や枝に土っぽい茶色の色合いを与えます。リグニンの色を漂白するかその他の方法で除去すると、乳白色の中空細胞の骨格が残ります。

細胞壁は細胞ポケット内の空気とは異なる程度（屈折率と呼ばれる値）に光を曲げるため、この骨格はまだ不透明です。細胞壁と同程度に光を曲げるエポキシ樹脂のような物質でエアポケットを充填すると、木材が透明になります。

科学者たちが扱った材料は薄く、通常は厚さが 10 ミリメートル未満から約 XNUMX センチメートル程度です。しかし、細胞は頑丈なハニカム構造を形成しており、小さな木繊維は最高級の炭素繊維よりも強い、とメリーランド大学カレッジパークの透明木材研究グループを率いる材料科学者リャンビン・フー氏は言う。そして、樹脂を加えることで、透明な木材はプラスチックやガラスよりも優れた性能を発揮します。圧力下で材料がどれだけ簡単に割れたり破損したりするかを測定するテストでは、透明な木材はプレキシガラスなどの透明なプラスチックよりも約 XNUMX 倍強く、ガラスよりも約 XNUMX 倍強いことが判明しました。

「結果は驚くべきもので、木片がガラスと同じくらいの強度を持ち得るということです」と胡氏は述べ、 透明な木の特徴 2023で 材料研究の年次レビュー.

このプロセスは厚い木材にも適用できますが、より多くの光を散乱するため、その物質を通した視界はより曇ります。 2016年の最初の研究で、フーとベルグルンドは両方とも、樹脂で満たされた木の骨組みのミリメートルの薄さのシートが光の80から90パーセントを透過することを発見した。厚さが 3.7 センチメートルに近づくにつれて、光の透過率は低下します。ベルグルンド氏のグループは、厚さ 40 ミリメートルの木材 (およそ XNUMX ペニーの厚さ) は光の XNUMX パーセントしか透過しないと報告しました。

スリムなプロファイルと材料の強度により、ディスプレイ画面など、薄くて砕けやすいプラスチックやガラスのカットで作られた製品の優れた代替品となる可能性があります。たとえば、フランスの Woodoo 社は、自社の木製スクリーンで同様のリグニン除去プロセスを使用していますが、異なる色の美しさを作り出すために少量のリグニンを残しています。同社は、自動車のダッシュボードや広告看板などの製品向けに、リサイクル可能なタッチセンサー式デジタル ディスプレイをカスタマイズしています。

しかし、インド工科大学バラナシ校の生化学エンジニア、プロデュット・ダール氏によると、ほとんどの研究は建築上の特徴としての透明な木材に焦点が当てられており、窓は特に有望な用途であるという。透明な木材はガラスよりもはるかに断熱性に優れているため、建物の熱を保持したり、熱を遮断したりするのに役立つ可能性があります。 Hu氏らはまた、ポリビニルアルコール（PVA）（接着剤や食品の包装に使用されるポリマー）を木材の骨格に浸透させるために使用し、一定の速度で熱を伝導する透明な木材を製造した。 ガラスのXNUMX倍の低さ、 チームは2019年に次のように報告した。 高度機能材料.

そして研究者たちは、エネルギー効率の高い建物に役立つ、木材の熱を保持または放出する能力を高めるための他の調整を考え出しています。スウェーデンのRISE研究所の材料科学者であるセリーヌ・モンタナリ氏らは、固体から液体、またはその逆に変化するときに熱の貯蔵から放出に切り替わる相変化材料を実験した。たとえば、科学者らは、ポリエチレングリコールを組み込むことによって、木材が暖かいときには熱を蓄え、冷えるにつれて熱を放出できることを発見した。 ACSアプライドマテリアルとインタフェース 2019で

したがって、透明な木製の窓は従来のガラスよりも強度が高く、温度制御に役立ちますが、窓からの眺めは曇り、通常の窓よりもすりガラスに似たものになります。ただし、ユーザーが拡散光を必要とする場合、この曇りは利点になる可能性があります。厚い木材は強いため、部分的に耐荷重光源になる可能性があり、部屋に柔らかい周囲の光を提供する天井として機能する可能性があるとバーグルンド氏は言います。

フー氏とベルグルンド氏は、透明な木材に新たな特性を与える方法を模索し続けてきた。約 XNUMX 年前、KTH とジョージア工科大学のバーグルンド氏と同僚は、模倣できることを発見しました。 スマートウィンドウ、透明から色付きに切り替えて、視界や太陽光線をブロックできます。研究者らは、電気を通すために電極ポリマーでコーティングされた透明な木材の層の間に、エレクトロクロミックポリマー（電気によって色を変えることができる物質）を挟んだ。これにより作成されました 変化する木の板 ユーザーが小さな電流を流すと、透明からマゼンタに変わります。

最近では、この XNUMX つのグループは、透明木材生産の持続可能性の向上に焦点を移しています。たとえば、木製足場の充填に使用される樹脂は通常、石油由来のプラスチック製品であるため、使用は避けた方がよいとモンタナリ氏は言います。代替品として、彼女と同僚は完全にバイオベースのポリマーを発明しました。 柑橘類の皮由来。 研究チームはまず、アクリル酸と、エッセンシャルオイルに含まれるレモンやオレンジの皮から抽出される化学物質であるリモネンを組み合わせた。次に、脱リグニンした木材にそれを含浸させました。フルーティーな詰め物を使用しても、バイオベースの透明な木材はその機械的特性と光学的特性を維持し、通常の木材よりも約30メガパスカルの圧力に耐え、光の約90パーセントを透過したと研究者らが2021年に報告した。 先端科学.

一方、胡氏の研究室は最近、 科学の進歩 a より環境に優しいリグニン漂白法 過酸化水素と紫外線に頼っており、生産に必要なエネルギーをさらに削減します。研究チームは、厚さ約0.5～3.5ミリメートルの木材スライスを過酸化水素でブラシで磨き、太陽光線を模倣するためにUVランプの前に置いた。 UV はリグニンの色素を含む部分を漂白しますが、構造部分は無傷のまま残し、木材の強度をより保持するのに役立ちます。

これらのより環境に優しいアプローチは、生産時に使用される有毒化学物質や化石ベースのポリマーの量を制限するのに役立ちますが、現時点では、ガラスは依然として透明な木材よりも耐用年数を経た後の環境への影響が低いと、ダール氏らの分析が発表しました。 支援環境の科学。研究者らは、透明木材を主流市場に加えるには、より環境に優しい生産計画の採用と製造規模の拡大のXNUMXつのステップが必要だが、それには時間がかかると述べている。しかし、彼らはそれが実現できると確信しており、持続可能な素材としての可能性を信じています。

「持続可能性を達成しようとするとき、化石ベースの材料の特性を一致させることだけを望んではいけません」とモンタナリ氏は言います。 「科学者として、これを超えたいと思っています。」