Исследователи представят свои результаты сегодня на Национальном собрании и выставке Американского химического общества (ACS) весной 2019 года.
«Еще в 2016 году мы показали, что прозрачная древесина обладает превосходными теплоизоляционными свойствами по сравнению со стеклом в сочетании с высоким оптическим пропусканием», – говорит Селин Монтанари, доктор философии.D. студент, который представляет исследование на встрече. «В этой работе мы попытались еще больше снизить энергопотребление здания за счет использования материала, который может поглощать, накапливать и отдавать тепло."
По мере экономического развития во всем мире потребление энергии стремительно растет.
Большая часть этой энергии используется для освещения, обогрева и охлаждения домов, офисов и других зданий. Стеклянные окна могут пропускать свет, помогая освещать и обогревать дома, но они не накапливают энергию для использования при заходе солнца.
Три года назад ведущий исследователь Ларс Берглунд, доктор философии.D., и коллеги из Королевского технологического института KTH в Стокгольме, Швеция, сообщили об оптически прозрачной древесине в журнале ACS Biomacromolecules. Исследователи создали материал, удалив светопоглощающий компонент, называемый лигнином, из клеточных стенок бальзового дерева.
Чтобы уменьшить рассеяние света, они добавили акрил в пористую деревянную основу. Команда могла видеть сквозь материал, но он был достаточно туманным, чтобы обеспечить конфиденциальность, если он использовался в качестве основного строительного материала. Прозрачная древесина также имела хорошие механические свойства, позволяющие выдерживать большие нагрузки.
Основываясь на этой работе, Монтанари и Берглунд добавили полимер под названием полиэтиленгликоль (ПЭГ) в делигнифицированную древесину. «Мы выбрали ПЭГ из-за его способности накапливать тепло, а также из-за его высокой близости к древесине», – говорит Монтанари. "В Стокгольме есть действительно старый корабль под названием Vasa, и ученые использовали полиэтиленгликоль для стабилизации древесины. Итак, мы знали, что ПЭГ может действительно глубоко проникать в клетки древесины."
Известный как «материал с фазовым переходом», ПЭГ представляет собой твердое вещество, которое плавится при температуре 80 F, накапливая энергию в процессе.
Температуру плавления можно регулировать с помощью различных типов ПЭГ. «В солнечный день материал будет поглощать тепло, прежде чем достигнет внутреннего пространства, и в помещении будет прохладнее, чем на улице», – объясняет Монтанари. «А ночью происходит обратное – ПЭГ становится твердым и выделяет тепло в помещении, так что вы можете поддерживать постоянную температуру в доме."
Команда заключила ПЭГ в делигнифицированный деревянный каркас, который предотвратил утечку полимера во время фазовых переходов. Они также добавили в материал акрил, чтобы защитить его от влаги. Как и их более ранняя версия, модифицированное дерево было прозрачным, хотя и слегка мутным, и прочным, но имело дополнительный бонус в виде сохранения тепла.
Исследователи отмечают, что прозрачная древесина может быть более экологически чистой, чем другие строительные материалы, такие как пластик, бетон и стекло. Помимо способности аккумулировать тепло, от прозрачного дерева легче избавиться после того, как оно послужит своему назначению. «ПЭГ и древесина являются биоразлагаемыми и биоразлагаемыми», – отмечает Берглунд. "Единственная часть, которая не поддается биологическому разложению, – это акрил, но его можно заменить другим полимером на биологической основе."
Теперь основное внимание уделяется увеличению масштабов производственного процесса, чтобы сделать его промышленно осуществимым. По оценкам исследователей, прозрачное дерево может стать доступным для использования в нишах дизайна интерьера всего за пять лет.
Они также пытаются увеличить емкость хранения материала, чтобы сделать его еще более энергоэффективным.