Cửa sổ kính như thế này có thể được thay thế bằng gỗ trong suốt. Shutterstock / Visions-AD
Gỗ là một vật liệu cổ xưa mà con người đã sử dụng hàng triệu năm, để xây dựng nhà ở, tàu thuyền và làm nguồn nhiên liệu đốt. Nó cũng là một nguồn có thể tái tạo và là một cách để thu giữ carbon dioxide dư thừa từ bầu khí quyển của Trái đất. Ngày nay, thành phần chính của gỗ - cellulose - được sản xuất hàng năm tại 20 lần khối lượng thép.
Một thứ bạn sẽ không sử dụng gỗ là làm cửa sổ. Thay vào đó, chúng tôi dựa vào thủy tinh và nhựa, trong suốt và khi cường lực, có thể hỗ trợ cấu trúc. Nhưng các tòa nhà bị mất rất nhiều nhiệt qua kính, và trong khi ánh sáng có thể mang một số nhiệt qua vật liệu, nó không phải là chất cách nhiệt tốt. Đây là lý do tại sao chúng ta cần kính hai lớp. Mặt khác, gỗ có tính cách nhiệt cao nhưng không trong suốt. Thông thường.
Trong những năm gần đây, các nhà khoa học vật liệu đã thử nghiệm làm cho gỗ trở nên trong suốt. Làm cho gỗ có thể nhìn xuyên qua và giữ được các đặc tính cơ học cao của nó, sẽ cung cấp một giải pháp thay thế tốt cho thủy tinh từ một nguồn bền vững và có thể tái tạo. Các phương pháp trước đây làm điều này tốn nhiều năng lượng và sử dụng các hóa chất độc hại, nhưng một nghiên cứu mới đã chỉ ra một cách để làm cho gỗ trong suốt mà không cần sử dụng một lượng lớn năng lượng trong quá trình này.
Nhìn xuyên qua gỗ
Sự thiếu trong suốt của gỗ xuất phát từ sự kết hợp của hai thành phần chính của nó, cellulose và lignin. Chất lignin hấp thụ ánh sáng, và sự hiện diện của tế bào sắc tố - hợp chất hoạt hóa ánh sáng - trong vật liệu làm cho gỗ có màu nâu. Các sợi trong gỗ, chủ yếu bao gồm xenlulo, có cấu trúc giống như ống rỗng. Không khí trong các ống rỗng này phân tán ánh sáng, làm giảm độ trong suốt của vật liệu.
Công việc trước đây về làm cho gỗ trong suốt đã tham gia loại bỏ lignin hoàn toàn từ cấu trúc và thay thế nó bằng một vật liệu nhựa. Việc loại bỏ lignin đòi hỏi nhiều hóa chất có hại cho môi trường và nó cũng làm giảm đáng kể các tính chất cơ học của vật liệu. làm cho nó yếu hơn.
Nghiên cứu mới của các nhà nghiên cứu tại Đại học Maryland đã chứng minh cách làm cho gỗ trong suốt bằng cách sử dụng một hóa chất đơn giản - hydrogen peroxide - thường được sử dụng để tẩy tóc. Hóa chất này biến đổi các tế bào sắc tố, thay đổi cấu trúc của chúng để chúng không còn tác dụng hấp thụ ánh sáng và tạo màu cho gỗ.
Loại bỏ một thành phần của gỗ, được gọi là lignin, có thể làm cho nó nhìn xuyên qua được. Shutterstock / Krasula
Hóa chất có thể được quét lên gỗ, sau đó được kích hoạt bằng cách sử dụng ánh sáng để tạo ra chất liệu màu trắng rực rỡ - gỗ vàng nếu bạn thích. Phản ứng hóa học của gỗ với hydrogen peroxide đã được biết đến nhiều. Đó là cơ sở để tẩy trắng bột gỗ được sử dụng để làm giấy - một trong những lý do tại sao giấy có màu trắng rực rỡ.
Lý do khác khiến giấy có màu trắng là do các lỗ hoặc lỗ trong cấu trúc của nó phân tán ánh sáng, giống như các sợi cellulose rỗng trong gỗ. Việc lấp đầy các sợi này bằng nhựa làm giảm sự tán xạ, cho phép ánh sáng truyền qua gỗ và làm cho gỗ trong suốt, trong khi vẫn giữ được các đặc tính cơ học ban đầu của nó.
Cửa sổ bằng gỗ
Đây là một sự phát triển rất thú vị sử dụng các phản ứng hóa học nổi tiếng của hydrogen peroxide với lignin. Cách tiếp cận này cũng có thể được áp dụng cho các mảnh vật liệu lớn, dẫn đến sản xuất vật liệu xây dựng trong suốt mang lại tiềm năng thay thế kính thực sự.
Vì hóa chất được quét lên gỗ, có thể có cơ hội cho các hiệu ứng trang trí được thêm vào vật liệu. Điều này có thể làm cho các tấm vật liệu phổ biến cho các ứng dụng trong nhà, đồng thời cung cấp thêm lớp cách nhiệt.
Cần phải thực hiện nhiều công việc hơn nữa để tối ưu hóa phản ứng với gỗ và đưa nó vào một quy trình tự động hóa công nghiệp. Nhưng một ngày nào đó, trong tương lai, bạn có thể đang ngồi trong nhà hoặc làm việc trong một tòa nhà có cửa sổ bằng gỗ.
Lưu ý
Steve Eichhorn, Giáo sư Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu, Đại học Bristol
Bài viết này được tái bản từ Conversation theo giấy phép Creative Commons. Đọc ban đầu bài viết.
Sách liên quan:
Tương lai chúng ta chọn: Sống sót qua Khủng hoảng Khí hậu
của Christiana Figueres và Tom Rivett-Carnac
Các tác giả, những người đóng vai trò quan trọng trong Thỏa thuận Paris về biến đổi khí hậu, đưa ra những hiểu biết sâu sắc và chiến lược để giải quyết khủng hoảng khí hậu, bao gồm cả hành động cá nhân và tập thể.
Bấm để biết thêm thông tin hoặc đặt hàng
Trái đất không thể ở được: Sự sống sau khi ấm lên
của David Wallace-Wells
Cuốn sách này khám phá những hậu quả tiềm tàng của biến đổi khí hậu không được kiểm soát, bao gồm sự tuyệt chủng hàng loạt, khan hiếm thực phẩm và nước, và bất ổn chính trị.
Bấm để biết thêm thông tin hoặc đặt hàng
Bộ cho tương lai: Tiểu thuyết
bởi Kim Stanley Robinson
Cuốn tiểu thuyết này tưởng tượng về một thế giới trong tương lai gần đang vật lộn với những tác động của biến đổi khí hậu và đưa ra một tầm nhìn về cách xã hội có thể chuyển đổi để giải quyết khủng hoảng.
Bấm để biết thêm thông tin hoặc đặt hàng
Dưới bầu trời trắng: Bản chất của tương lai
của Elizabeth Kolbert
Tác giả khám phá tác động của con người đối với thế giới tự nhiên, bao gồm biến đổi khí hậu và tiềm năng của các giải pháp công nghệ để giải quyết các thách thức môi trường.
Bấm để biết thêm thông tin hoặc đặt hàng
Giải ngân: Kế hoạch toàn diện nhất từng được đề xuất để đảo ngược sự nóng lên toàn cầu
Paul Hawken biên tập
Cuốn sách này trình bày một kế hoạch toàn diện để giải quyết biến đổi khí hậu, bao gồm các giải pháp từ nhiều lĩnh vực như năng lượng, nông nghiệp và giao thông vận tải.
