Berglund, Fink'in keşfinden ilham almıştı ama bunun nedeni botanik değildi. İsveç'teki KTH Kraliyet Teknoloji Enstitüsü'nde çalışan malzeme bilimci, polimer kompozitler konusunda uzmanlaştı ve şeffaf plastiğe daha sağlam bir alternatif yaratmakla ilgileniyordu. Ve ahşabın erdemleriyle ilgilenen tek kişi o değildi. Okyanusun öte yanında, Maryland Üniversitesi'ndeki araştırmacılar da benzer bir hedefle meşguldü: ahşabın gücünden geleneksel olmayan amaçlar için yararlanmak.

Yıllar süren deneylerden sonra artık bu grupların araştırmaları meyve vermeye başlıyor. Şeffaf ahşap yakında akıllı telefonlar için süper güçlü ekranlarda kullanım alanı bulabilir; yumuşak, parlak aydınlatma armatürlerinde; ve hatta renk değiştiren pencereler gibi yapısal özellikler.

Çin'deki Nanjing Ormancılık Üniversitesi'nde Berglund'un laboratuvarında yüksek lisans öğrencisi olarak çalışan ahşap nanoteknoloji uzmanı Qiliang Fu, "Bu malzemenin umut verici bir geleceğe sahip olduğuna gerçekten inanıyorum" diyor.

Ahşap, tutkalla birbirine bağlanmış sıkı bir kamış demetine benzeyen sayısız küçük dikey kanaldan oluşur. Bu tüp şeklindeki hücreler, su ve besin maddelerini vücudun her yerine taşır. bir ağaçAğaç hasat edildiğinde ve nem buharlaştığında geride hava boşlukları kalır. İçini gösteren ahşap oluşturmak için, bilim adamlarının öncelikle hücre demetlerini bir arada tutan ve gövdelere ve dallara topraksı kahverengi tonlarının çoğunu sağlayan, lignin adı verilen yapıştırıcıyı değiştirmeleri veya bunlardan kurtulmaları gerekiyor. Ligninin rengi beyazlatıldıktan veya başka bir şekilde çıkarıldıktan sonra, içi boş hücrelerden oluşan süt beyazı bir iskelet kalır.

Bu iskelet hala opaktır, çünkü hücre duvarları ışığı hücre ceplerindeki havadan farklı bir derecede büker; bu değere kırılma indisi adı verilir. Hava ceplerinin, ışığı hücre duvarlarına benzer derecede büken epoksi reçine gibi bir maddeyle doldurulması ahşabı şeffaf hale getirir.

Bilim adamlarının üzerinde çalıştığı malzeme ince; genellikle bir milimetreden daha az ila yaklaşık bir santimetre kalınlığa sahip. Ancak College Park'taki Maryland Üniversitesi'nde şeffaf ahşap üzerinde çalışan araştırma grubuna liderlik eden malzeme bilimcisi Liangbing Hu, hücrelerin sağlam bir bal peteği yapısı oluşturduğunu ve minik ağaç liflerinin en iyi karbon liflerinden daha güçlü olduğunu söylüyor. Reçine eklendiğinde şeffaf ahşap, plastik ve camdan daha iyi performans gösteriyor: Malzemelerin basınç altında ne kadar kolay kırıldığını veya kırıldığını ölçen testlerde şeffaf ahşap, Pleksiglas gibi şeffaf plastiklerden yaklaşık üç kat daha güçlü ve camdan yaklaşık 10 kat daha sert olduğu ortaya çıktı.

Hu, "Sonuçlar muhteşem; bir tahta parçası cam kadar güçlü olabiliyor" diyor. şeffaf ahşabın özellikleri 2023 içinde Malzeme Araştırmasının Yıllık Gözden Geçirilmesi.

İşlem aynı zamanda daha kalın ahşapla da çalışır, ancak bu maddeden gelen görüntü daha bulanıktır çünkü daha fazla ışık saçar. Hu ve Berglund, 2016'daki orijinal çalışmalarında, reçineyle doldurulmuş ahşap iskeletlerin milimetrelik ince tabakalarının ışığın yüzde 80 ila 90'ını geçirdiğini buldu. Kalınlık bir santimetreye yaklaştıkça ışık geçirgenliği düşüyor: Berglund'un grubu, 3.7 milimetre kalınlığındaki ahşabın (yaklaşık iki peni kalınlığında) ışığın yalnızca yüzde 40'ını ilettiğini bildirdi.

Malzemenin ince profili ve sağlamlığı, ekranlar gibi ince, kolayca kırılabilen plastik veya camdan yapılan ürünlere harika bir alternatif olabileceği anlamına geliyor. Örneğin Fransız şirketi Woodoo, ahşap perdelerinde benzer bir lignin giderme işlemi kullanıyor ancak farklı bir renk estetiği yaratmak için bir miktar lignin bırakıyor. Şirket, geri dönüştürülebilir, dokunmaya duyarlı dijital ekranlarını otomobil gösterge panoları ve reklam panoları gibi ürünler için özel olarak tasarlıyor.

Ancak Hindistan Teknoloji Enstitüsü Varanasi'de biyokimya mühendisi olan Prodyut Dhar, araştırmaların çoğunun mimari bir özellik olarak şeffaf ahşaba odaklandığını ve pencerelerin özellikle umut verici bir kullanıma sahip olduğunu söylüyor. Şeffaf ahşap, camdan çok daha iyi bir yalıtkandır, dolayısıyla binaların ısıyı korumasına veya dışarıda tutmasına yardımcı olabilir. Hu ve meslektaşları ayrıca ahşap iskeletlere sızmak için polivinil alkol veya PVA (tutkal ve gıda ambalajında ​​kullanılan bir polimer) kullandılar ve ısıyı belirli bir oranda ileten şeffaf ahşap yaptılar. camdan beş kat daha düşük, Ekip 2019'da şunları bildirdi: Gelişmiş Fonksiyonel Malzemeler.

Araştırmacılar ahşabın ısıyı tutma veya salma yeteneğini artırmak için enerji tasarruflu binalar için yararlı olabilecek başka ayarlamalar da yapıyorlar. İsveç'teki RISE Araştırma Enstitüleri'nde malzeme bilimcisi olan Céline Montanari ve meslektaşları, katıdan sıvıya veya tersi durumda ısıyı depolamadan serbest bırakmaya geçiş yapan faz değiştiren malzemelerle deneyler yaptı. Örneğin bilim adamları, polietilen glikol ekleyerek ahşabın sıcakken ısı depolayabildiğini ve soğuduğunda ısıyı serbest bırakabildiğini keşfettiler. ACS Uygulamalı Malzemeler ve Arayüzler 2019’te.

Şeffaf ahşap pencereler bu nedenle geleneksel camlara göre daha güçlü olacak ve sıcaklık kontrolüne daha iyi yardımcı olacak, ancak bunların içinden gelen görüntü puslu olacak ve normal bir pencereye göre buzlu cama daha çok benzeyecektir. Bununla birlikte, kullanıcılar dağınık ışık istiyorsa bulanıklık bir avantaj olabilir: Berglund, daha kalın ahşap güçlü olduğundan kısmen yük taşıyan bir ışık kaynağı olabileceğini ve potansiyel olarak bir odaya yumuşak ortam ışığı sağlayan bir tavan görevi görebileceğini söylüyor.

Hu ve Berglund şeffaf ahşaba yeni özellikler kazandırmanın yollarını bulmaya devam etti. Yaklaşık beş yıl önce Berglund ve KTH ve Georgia Teknoloji Enstitüsü'ndeki meslektaşları, taklit edebildiklerini keşfettiler. akıllı pencerelerGörünürlüğü veya güneş ışınlarını engellemek için şeffaftan renkliye geçebilen. Araştırmacılar, elektriği iletmek için elektrot polimeri ile kaplanmış şeffaf ahşap katmanları arasına elektrokromik polimeri (elektrikle renk değiştirebilen bir madde) sıkıştırdılar. Bu oluşturulan değişen bir ahşap levha kullanıcılar içinden küçük bir elektrik akımı geçirdiğinde şeffaftan macentaya doğru.

Son zamanlarda iki grup dikkatlerini şeffaf ahşap üretiminin sürdürülebilirliğini artırmaya yöneltti. Örneğin, ahşap iskeleyi doldurmak için kullanılan reçine tipik olarak petrol türevi bir plastik üründür, bu nedenle onu kullanmaktan kaçınmak daha iyidir, diyor Montanari. Bunun yerine, kendisi ve meslektaşları tamamen biyo bazlı bir polimer icat etti. narenciye kabuklarından elde edilir. Ekip ilk olarak akrilik asit ile esansiyel yağlarda bulunan limon ve portakal kabuklarından elde edilen bir kimyasal olan limoneni birleştirdi. Daha sonra delignifiye ahşabı bununla emprenye ettiler. Araştırmacıların 30'de bildirdiğine göre, meyvemsi bir dolguyla bile biyo bazlı şeffaf ahşap mekanik ve optik özelliklerini korudu; normal ahşaptan yaklaşık 90 megapaskal daha fazla basınca dayandı ve ışığın yaklaşık yüzde 2021'ını iletti. İleri Bilim.

Bu arada Hu'nun laboratuvarı yakın zamanda rapor edildi Bilim Gelişmeler a daha yeşil lignin ağartma yöntemi Hidrojen peroksit ve UV radyasyonuna dayanan bu sistem, üretimin enerji taleplerini daha da azaltır. Ekip, kalınlığı yaklaşık 0.5 ila 3.5 milimetre arasında değişen ahşap dilimlerini hidrojen peroksitle fırçaladı, ardından güneş ışınlarını taklit etmek için UV lambalarının önüne bıraktı. UV, ligninin pigment içeren kısımlarını ağarttı ancak yapısal kısımları sağlam bıraktı, böylece ahşabın daha fazla mukavemet kazanmasına yardımcı oldu.

Bu daha çevre dostu yaklaşımlar, üretimde kullanılan toksik kimyasalların ve fosil bazlı polimerlerin miktarının sınırlandırılmasına yardımcı oluyor, ancak Dhar ve meslektaşları tarafından yapılan bir analize göre şimdilik camın kullanım ömrü sonu çevresel etkileri şeffaf ahşaptan daha düşük. Toplam Çevre Bilimi. Araştırmacılar, daha yeşil üretim planlarını benimsemek ve üretimi büyütmenin, şeffaf ahşabı ana pazarlara eklemek için gerekli iki adım olduğunu, ancak bunun zaman alacağını söylüyor. Ancak bunun yapılabileceğinden eminler ve sürdürülebilir bir malzeme olarak potansiyeline inanıyorlar.

Montanari, "Sürdürülebilirliği sağlamaya çalışırken yalnızca fosil bazlı malzemelerin özelliklerini eşleştirmek istemezsiniz" diyor. “Bir bilim insanı olarak bunu aşmak istiyorum.”