Berglund được truyền cảm hứng từ khám phá của Fink, nhưng không phải vì lý do thực vật học. Nhà khoa học vật liệu làm việc tại Viện Công nghệ Hoàng gia KTH ở Thụy Điển, chuyên về vật liệu tổng hợp polyme và quan tâm đến việc tạo ra một giải pháp thay thế mạnh mẽ hơn cho nhựa trong suốt. Và anh ấy không phải là người duy nhất quan tâm đến những ưu điểm của gỗ. Bên kia đại dương, các nhà nghiên cứu tại Đại học Maryland đang bận rộn với một mục tiêu liên quan: khai thác sức bền của gỗ cho các mục đích phi truyền thống.

Giờ đây, sau nhiều năm thử nghiệm, nghiên cứu của các nhóm này đang bắt đầu có kết quả. Gỗ trong suốt có thể sớm được sử dụng làm màn hình siêu bền cho điện thoại thông minh; trong các thiết bị chiếu sáng mềm mại, rực rỡ; và thậm chí cả các đặc điểm cấu trúc, chẳng hạn như cửa sổ thay đổi màu sắc.

Qiliang Fu, nhà công nghệ nano gỗ tại Đại học Lâm nghiệp Nam Kinh, Trung Quốc, người từng làm việc trong phòng thí nghiệm của Berglund khi còn là nghiên cứu sinh, cho biết: “Tôi thực sự tin rằng vật liệu này có một tương lai đầy hứa hẹn”.

Gỗ được tạo thành từ vô số rãnh dọc nhỏ, giống như một bó ống hút chặt chẽ được buộc lại với nhau bằng keo. Những tế bào hình ống này vận chuyển nước và chất dinh dưỡng đi khắp cơ thể. một cái cây, và khi cây được thu hoạch và hơi ẩm bốc hơi, các túi không khí sẽ bị bỏ lại. Để tạo ra gỗ trong suốt, trước tiên các nhà khoa học cần sửa đổi hoặc loại bỏ chất keo gọi là lignin, chất keo giữ các bó tế bào lại với nhau và tạo cho thân và cành hầu hết các màu nâu đất. Sau khi tẩy màu của lignin hoặc loại bỏ nó, vẫn còn lại bộ xương màu trắng đục gồm các tế bào rỗng.

Bộ xương này vẫn còn mờ đục vì thành tế bào bẻ cong ánh sáng ở một mức độ khác so với không khí trong túi tế bào - một giá trị được gọi là chỉ số khúc xạ. Đổ đầy các túi khí bằng một chất như nhựa epoxy có tác dụng bẻ cong ánh sáng ở mức độ tương tự với thành tế bào sẽ làm cho gỗ trong suốt.

Vật liệu mà các nhà khoa học sử dụng thường mỏng – thường dày từ dưới 10 mm đến khoảng XNUMX cm. Tuy nhiên, nhà khoa học vật liệu Liangbing Hu, người đứng đầu nhóm nghiên cứu về gỗ trong suốt tại Đại học Maryland ở College Park, cho biết, các tế bào tạo ra cấu trúc tổ ong chắc chắn và các sợi gỗ nhỏ chắc chắn hơn các sợi carbon tốt nhất. Và với nhựa được thêm vào, gỗ trong suốt hoạt động tốt hơn nhựa và thủy tinh: Trong các thử nghiệm đo mức độ dễ bị gãy hoặc vỡ của vật liệu dưới áp lực, gỗ trong suốt cứng hơn khoảng ba lần so với nhựa trong suốt như Plexiglass và cứng hơn thủy tinh khoảng XNUMX lần.

“Kết quả thật đáng kinh ngạc, một miếng gỗ có thể cứng như thủy tinh,” Hu, người nhấn mạnh Đặc điểm của gỗ trong suốt trong 2023 Đánh giá hàng năm về nghiên cứu vật liệu.

Quá trình này cũng hoạt động với gỗ dày hơn nhưng tầm nhìn xuyên qua chất đó mờ hơn vì nó tán xạ nhiều ánh sáng hơn. Trong nghiên cứu ban đầu từ năm 2016, Hu và Berglund đều phát hiện ra rằng những tấm khung gỗ chứa đầy nhựa mỏng cỡ milimet cho 80 đến 90% ánh sáng xuyên qua. Khi độ dày tiến gần đến một cm, độ truyền ánh sáng giảm xuống: nhóm của Berglund báo cáo rằng gỗ dày 3.7 mm—dày khoảng hai xu—chỉ truyền được 40% ánh sáng.

Cấu hình mỏng và độ bền của vật liệu có nghĩa là nó có thể là sự thay thế tuyệt vời cho các sản phẩm được làm từ những mảnh nhựa hoặc thủy tinh mỏng, dễ vỡ, chẳng hạn như màn hình hiển thị. Ví dụ, công ty Woodoo của Pháp sử dụng quy trình loại bỏ lignin tương tự trong màn hình gỗ của mình, nhưng để lại một chút lignin để tạo ra màu sắc thẩm mỹ khác. Công ty đang thiết kế màn hình kỹ thuật số cảm ứng, có thể tái chế cho các sản phẩm bao gồm bảng điều khiển ô tô và bảng quảng cáo.

Nhưng hầu hết các nghiên cứu đều tập trung vào gỗ trong suốt như một đặc điểm kiến ​​trúc, với cửa sổ là ứng dụng đặc biệt hứa hẹn, Prodyut Dhar, kỹ sư sinh hóa tại Viện Công nghệ Ấn Độ Varanasi, cho biết. Gỗ trong suốt là chất cách nhiệt tốt hơn nhiều so với kính, vì vậy nó có thể giúp các tòa nhà giữ nhiệt hoặc ngăn nhiệt thoát ra ngoài. Hu và các đồng nghiệp cũng đã sử dụng rượu polyvinyl, hay PVA, một loại polymer được sử dụng trong keo và bao bì thực phẩm, để thấm vào các khung gỗ, tạo ra loại gỗ trong suốt dẫn nhiệt ở tốc độ vừa phải. thấp hơn năm lần so với thủy tinh, nhóm đã báo cáo vào năm 2019 tại Vật liệu chức năng nâng cao.

Và các nhà nghiên cứu đang đưa ra những cải tiến khác để tăng khả năng giữ hoặc giải phóng nhiệt của gỗ, điều này sẽ hữu ích cho các tòa nhà tiết kiệm năng lượng. Céline Montanari, nhà khoa học vật liệu tại Viện nghiên cứu RISE của Thụy Điển và các đồng nghiệp đã thử nghiệm các vật liệu chuyển pha, chuyển từ lưu trữ sang giải phóng nhiệt khi chúng chuyển từ rắn sang lỏng hoặc ngược lại. Ví dụ, bằng cách kết hợp polyethylen glycol, các nhà khoa học phát hiện ra rằng gỗ của họ có thể lưu trữ nhiệt khi ấm và giải phóng nhiệt khi nguội, công trình mà họ đã công bố trên tạp chí Vật liệu ứng dụng và giao diện ACS Trong 2019.

Do đó, cửa sổ bằng gỗ trong suốt sẽ chắc chắn hơn và hỗ trợ kiểm soát nhiệt độ tốt hơn kính truyền thống, nhưng tầm nhìn qua chúng sẽ mờ, giống với kính mờ hơn là cửa sổ thông thường. Tuy nhiên, độ mờ có thể là một lợi thế nếu người dùng muốn có ánh sáng khuếch tán: Vì gỗ dày hơn rất chắc chắn nên nó có thể là nguồn sáng chịu tải một phần, Berglund nói, có khả năng hoạt động như một trần nhà cung cấp ánh sáng dịu, xung quanh cho căn phòng.

Hu và Berglund tiếp tục tìm cách ban tặng những đặc tính mới cho gỗ trong suốt. Khoảng XNUMX năm trước, Berglund và các đồng nghiệp tại Viện Công nghệ KTH và Georgia nhận thấy họ có thể bắt chước cửa sổ thông minh, có thể chuyển từ trong suốt sang có màu để chặn tầm nhìn hoặc tia nắng. Các nhà nghiên cứu đã kẹp một loại polyme điện hóa – một chất có thể đổi màu khi có điện – giữa các lớp gỗ trong suốt được phủ một loại polyme điện cực để dẫn điện. Điều này đã tạo một tấm gỗ có thể thay đổi từ trong suốt đến đỏ tươi khi người dùng chạy một dòng điện nhỏ qua nó.

Gần đây hơn, hai nhóm đã chuyển sự chú ý sang việc cải thiện tính bền vững của sản xuất gỗ trong suốt. Ví dụ, nhựa được sử dụng để lấp đầy giàn giáo gỗ thường là một sản phẩm nhựa có nguồn gốc từ dầu mỏ, vì vậy tốt hơn hết bạn nên tránh sử dụng nó, Montanari nói. Để thay thế, cô và các đồng nghiệp đã phát minh ra một loại polyme hoàn toàn dựa trên sinh học, có nguồn gốc từ vỏ cam quýt. Đầu tiên, nhóm nghiên cứu kết hợp axit acrylic và limonene, một hóa chất chiết xuất từ ​​​​vỏ chanh và cam có trong tinh dầu. Sau đó, họ tẩm gỗ đã được phân loại với nó. Các nhà nghiên cứu đã báo cáo vào năm 30 rằng ngay cả khi có nhân trái cây, gỗ trong suốt làm từ sinh học vẫn duy trì các đặc tính cơ học và quang học, chịu được áp suất cao hơn khoảng 90 megapascal so với gỗ thông thường và truyền khoảng 2021% ánh sáng. Khoa học nâng cao.

Trong khi đó, phòng thí nghiệm của Hu gần đây đã báo cáo trong Những tiến bộ khoa học a phương pháp tẩy trắng lignin xanh hơn dựa vào hydro peroxide và bức xạ tia cực tím, làm giảm hơn nữa nhu cầu năng lượng của sản xuất. Nhóm nghiên cứu đã chải các lát gỗ có độ dày từ khoảng 0.5 đến 3.5 mm bằng hydro peroxide, sau đó đặt chúng trước đèn UV để mô phỏng tia nắng mặt trời. Tia UV đã tẩy đi các phần chứa sắc tố của lignin nhưng vẫn giữ nguyên các phần cấu trúc, do đó giúp gỗ giữ được độ bền cao hơn.

Theo một phân tích của Dhar và các đồng nghiệp ở New York, những phương pháp tiếp cận thân thiện với môi trường hơn này giúp hạn chế lượng hóa chất độc hại và polyme dựa trên hóa thạch được sử dụng trong sản xuất, nhưng hiện tại, thủy tinh vẫn có tác động đến môi trường sau khi hết vòng đời thấp hơn so với gỗ trong suốt. Khoa học tổng số môi trường. Các nhà nghiên cứu cho biết, áp dụng các kế hoạch sản xuất xanh hơn và mở rộng quy mô sản xuất là hai bước cần thiết để đưa gỗ trong suốt vào thị trường phổ thông, nhưng sẽ mất thời gian. Tuy nhiên, họ tự tin rằng nó có thể thực hiện được và tin vào tiềm năng của nó như một loại vật liệu bền vững.

Montanari nói: “Khi bạn đang cố gắng đạt được sự bền vững, bạn không chỉ muốn phù hợp với các đặc tính của vật liệu dựa trên hóa thạch. “Là một nhà khoa học, tôi muốn vượt qua điều này.”