Gỗ trong suốt có thể thay thế thuỷ tinh?

Vật liệu gỗ trong suốt có tiềm năng từ màn hình smartphone chắc chắn hơn, đến các thiết bị chiếu sáng, đèn phát sáng, cửa sổ thông minh, và nhiều ứng dụng khác.

Gỗ tự nhiên là một nguồn tài nguyên quan trọng cho xây dựng và nội thất, được đánh giá cao về tính linh hoạt, khả năng tái tạo và vẻ đẹp thẩm mỹ.

Tuy nhiên, các tiềm năng mới của gỗ đang được khai phá khi các nhà khoa học điều chỉnh các đặc tính quang học, nhiệt học, cơ học và ion của gỗ thông qua các thay đổi hóa học và vật lý trong cấu trúc của gỗ.

Để đạt được mục tiêu này, trong những năm gần đây, các nhà nghiên cứu đã đề xuất các chiến lược sáng tạo để tận dụng tiềm năng ứng dụng mới của gỗ.

Trước đó, Siegfried Fink đã phát minh ra quá trình sản xuất gỗ trong suốt bằng cách loại bỏ sắc tố từ tế bào thực vật trong gỗ, được công bố chi tiết trong một tạp chí chuyên ngành về công nghệ gỗ năm 1992.

Sau hơn mười năm, nghiên cứu của Siegfried Fink vào năm 1992 đã trở thành nguồn tài liệu quan trọng về công nghệ gỗ trong suốt. Một nhà khoa học tại Viện Công nghệ Hoàng gia KTH ở Thụy Điển, Lars Berglund, đã tình cờ phát hiện và sử dụng ấn phẩm này cho công việc nghiên cứu của mình.

Một nhóm các nhà nghiên cứu do nhà khoa học vật liệu Liangbing Hu từ Đại học Maryland ở College Park dẫn đầu đã tích cực tham gia vào việc phát triển gỗ trong suốt thông qua kỹ thuật xử lý trực tiếp trên gỗ tự nhiên.

Theo nhóm nghiên cứu, cấu trúc của gỗ bao gồm nhiều tế bào nhỏ hình ống thẳng, tương tự như một bó ống hút được liên kết với nhau bằng keo. Những tế bào này chịu trách nhiệm vận chuyển nước và chất dinh dưỡng trong cây.

Để sản xuất gỗ trong suốt, các nhà khoa học cần thay đổi hoặc loại bỏ chất keo gọi là lignin. Lignin là chất kết dính các tế bào và tạo màu nâu cho gỗ.

Sau khi loại bỏ lignin, các tế bào gỗ trở nên màu trắng đục vì chúng khúc xạ ánh sáng khác với không khí trong các túi tế bào.

Để làm cho gỗ trong suốt, các túi khí trong tế bào gỗ được lấp đầy bằng nhựa epoxy để gỗ có thể nhìn xuyên qua. Kết quả là gỗ trong suốt này cho phép hơn 85% ánh sáng đi qua, đón ánh sáng mặt trời mà không gây chói, tiết kiệm năng lượng và tạo điều kiện chiếu sáng trong nhà tốt hơn.

Gỗ trong suốt còn có độ bền cơ học tốt, giúp giải quyết các vấn đề an toàn liên quan đến vật liệu thủy tinh. Ngoài ra, gỗ trong suốt cũng vượt trội hơn kính trong việc cách nhiệt và hỗ trợ cho các công trình kiến trúc trong việc điều tiết nhiệt độ.

Trong quá trình nghiên cứu, nhóm của Liangbing Hu đã sử dụng polyvinyl alcohol (PVA), một loại polymer phổ biến trong keo và bao bì thực phẩm, để xử lý tế bào gỗ. Điều này làm cho gỗ trong suốt có khả năng dẫn nhiệt thấp hơn 5 lần so với thủy tinh.

Lars Berglund và nhóm nghiên cứu tại Viện Công nghệ Hoàng gia KTH ở Thụy Điển đã phát hiện ra cách tái tạo chức năng của cửa sổ thông minh từ vật liệu gỗ trong suốt. Công nghệ này có thể chuyển đổi giữa trạng thái trong suốt và trạng thái nhuốm màu để điều chỉnh tầm nhìn hoặc chặn ánh sáng mặt trời.

Phương pháp của họ liên quan đến việc xếp lớp polyme điện sắc có khả năng thay đổi màu sắc dưới tác động của dòng điện, được đặt giữa các lớp gỗ trong suốt với lớp polyme điện cực để dẫn điện.

Theo một số đánh giá, với sự nâng cấp của công nghệ, vật liệu gỗ trong suốt sẽ trở nên linh hoạt hơn, trong suốt hơn và bền bỉ hơn. Nó có tiềm năng được ứng dụng vào màn hình điện thoại thông minh siêu bền và các thiết bị chiếu sáng khác.