Стекло может вскоре столкнуться с конкуренцией со стороны неожиданного материала — бамбука. Китайские учёные превратили обычный бамбук в прозрачный материал, устойчивый к огню, воде и подавляющий дым.
Силикатное стекло, изготовленное из песка, по-прежнему остаётся основным строительным материалом, когда требуется что-то прозрачное и прочное, например, окна. Однако оно не очень экологично, может быть тяжёлым и достаточно хрупким.
Прозрачная древесина уже несколько лет конкурирует со стеклом. Учёные химически удаляют лигнин из древесных волокон, а затем обрабатывают оставшийся материал плексигласом или эпоксидной смолой. В результате получается материал, который прозрачен, возобновляем и по прочности не уступает обычному стеклу. При этом он легче и лучше сохраняет тепло.
Однако использование обычной древесины всё ещё имеет некоторые проблемы. Она гораздо более огнеопасна, чем стекло, уже пользуется большим спросом, а запасы восстанавливаются слишком долго. Поэтому для нового исследования учёные Центрального Южного университета лесного хозяйства и технологий (CSUFT) в Китае обратились к бамбуку.
«Бамбук, который часто называют „вторым лесом“, отличается высокой скоростью роста и регенерации, что позволяет ему достичь зрелости и использоваться в качестве строительного материала в течение четырёх-семи лет роста», — говорит Кайчао Ван, автор исследования. «С урожайностью в четыре раза выше, чем у древесины с акра, бамбук известен своей исключительной эффективностью».
Внутренняя структура и химический состав бамбука очень похожи на древесину, поэтому команда использовала тот же метод, чтобы сделать его прозрачным. После удаления лигнина бамбук пропитывают неорганической жидкостью — силикатом натрия, который изменяет преломление света волокнами, делая их прозрачными. Затем материал обрабатывают, чтобы сделать его гидрофобным, то есть водоотталкивающим.
В результате получается трёхслойная структура — силан сверху, диоксид кремния посередине и силикат натрия снизу. Бамбук прозрачен, с коэффициентом пропускания света 71,6 %, огнестойкий, водоотталкивающий и блокирует дым и угарный газ. Механически он обладает модулем упругости при изгибе 7,6 ГПа и модулем упругости при растяжении 6,7 ГПа.
💡
ГПа — это гигапаскаль, единица измерения давления, равная одному миллиарду паскалей. Паскаль — это базовая единица измерения давления в Международной системе единиц (СИ).
Этот прозрачный бамбук можно использовать не только в качестве строительного материала, но и в качестве подложки для перовскитных солнечных элементов, где он действует как слой управления светом. Это повысило эффективность преобразования энергии ячеек на 15,29 %.
«В будущих исследованиях мы сосредоточимся на крупномасштабном производстве и многофункциональности этого прозрачного бамбука», — сказал Ван.
Ещё по теме: