ساخت نمایشگر گوشی‌های آینده از «چوب شفاف»!

چوب طبیعی یک منبع کلیدی برای ساخت و ساز، سوخت و مبلمان بوده است که به دلیل تطبیق پذیری، تجدید پذیری و جذابیت و زیبایی، ارزشمند است. با این حال، با ابداع روش‌هایی برای تنظیم دقیق ویژگی‌های انتقال نوری، حرارتی، مکانیکی و یونی مواد از طریق تغییرات شیمیایی و فیزیکی در ساختار ذاتا متخلخل و ترکیب شیمیایی، امکانات جدیدی برای چوب در حال ظهور است.

به گزارش ایسنا، پژوهشگران در تعقیب این هدف، استراتژی‌های نوآورانه‌ای را برای اصلاح چوب در سال‌های اخیر ابداع کرده‌اند و آن را با قابلیت‌های جدید آغشته کرده‌اند.

این پیشرفت‌ها دری را برای جایگزینی بالقوه مواد متعارف، غیرقابل تجدید و مبتنی بر نفت در کاربرد‌های مختلف از جمله خودرو، ذخیره‌سازی انرژی، ساخت‌وساز و ترمیم محیط زیست باز می‌کند. این تغییر به معنای انحراف از حوزه‌های سنتی ساخت و ساز و صنایع کاغذ برای چوب است.

چوب شفاف با کاربرد‌های بالقوه از صفحه نمایش بسیار بادوام گوشی‌های هوشمند گرفته تا وسایل نوری نرم و درخشان، آماده تبدیل شدن به یک ابزار همه کاره است. علاوه بر این، می‌توان از آن در عناصر ساختاری مانند پنجره‌هایی که قابلیت تغییر رنگ دارند، استفاده کرد.

یک پژوهش پیشرفته

پژوهشگری به نام «زیگفرید فینک» (Siegfried Fink) با حذف رنگدانه‌ها از سلول‌های گیاهی، چوب شفاف ایجاد کرد، فرآیندی که او در یک مجله تخصصی با تمرکز بر فناوری چوب توضیح داد.

سپس برای بیش از ۱۰ سال، ابداع فینک در سال ۱۹۹۲ به عنوان یک منبع در مورد چوب شفاف بود تا اینکه دانشمند دیگری در موسسه فناوری سلطنتی KTH در سوئد به نام لارس برگلوند (Lars Berglund) با آن آشنا شد.

همزمان، گروه دیگری از پژوهشگران به سرپرستی یک دانشمند مواد موسوم به لیانگ‌بینگ هو (Liangbing Hu) در دانشگاه مریلند در کالج پارک، به طور فعال در پیشبرد چوب شفاف از طریق مهندسی مستقیم چوب طبیعی مشارکت داشتند.

چوب از کانال‌های عمودی کوچک متعددی تشکیل شده است که شبیه یک بسته نی محکم بسته شده با چسب است. این سلول‌های لوله‌ای برای انتقال آب و مواد مغذی درون درخت کار می‌کنند. هنگامی که درخت قطع می‌شود و رطوبت تبخیر می‌شود، حفره‌های هوا در آن باقی می‌مانند.

دانشمندان برای تولید چوب شفاف، ابتدا باید چسبی معروف به لیگنین را که دسته‌های سلولی چوب را به هم متصل می‌کند و رنگ قهوه‌ای خاکی را به تنه‌ها و شاخه‌ها می‌دهد، تغییر دهند یا از بین ببرند. پس از سفید کردن یا حذف رنگ لیگنین، یک چارچوب سفید شیری از سلول‌های توخالی باقی می‌ماند.

البته ساختار حاصل، غیرشفاف باقی می‌ماند، چرا که دیواره‌های سلولی، نور را به دلیل هوای موجود درون سلول‌ها در مشخصه‌ای که به نام «ضریب شکست» شناخته می‌شود، می‌شکنند؛ بنابراین برای دستیابی به شفافیت، باید این محفظه‌های هوا را با موادی مانند رزین اپوکسی که نور را به درجه‌ای مشابه با دیواره‌های سلولی خم می‌کنند و چوب را شفاف می‌کنند، پر کرد.

خواص متنوع

تیم‌های تحقیقاتی اکنون چوب شفاف که یک ماده ساختمانی با انرژی کارآمد و جمع‌آوری کننده نور است، ایجاد کرده‌اند. آن‌ها برای ساخت آن دو مرحله اصلی را دنبال می‌کنند: حذف لیگنین که نور را جذب می‌کند و پر کردن چوب با یک اپوکسی پلیمری مانند که با ضریب شکست مطابقت دارد.

این چوب شفاف حدود ۸۰ درصد مه نوری (معیار نور پراکنده) دارد که به بیش از ۸۵ درصد نور اجازه عبور می‌دهد و می‌تواند بدون ایجاد تابش خیره کننده، نور خورشید را وارد کند که منجر به صرفه‌جویی در انرژی و روشنایی راحت داخل خانه می‌شود. این چوب شفاف روشنایی داخل ساختمان را به خوبی تضمین می‌کند.

همچنین دارای یکپارچگی مکانیکی قوی (حدود ۱۰۰ مگاپاسکال) است که ضربه را به طور موثر جذب می‌کند و در عین حال انعطاف‌پذیر است و نگرانی‌های ایمنی را که معمولاً در مورد شیشه وجود دارد، برطرف می‌کند.

علاوه بر این، چوب شفاف به عنوان یک عایق از شیشه پیشی می‌گیرد و به طور بالقوه به ساختمان‌ها در حفظ یا دفع گرما کمک می‌کند.

هو و تیمش در کار خود از پلی وینیل الکل (PVA)، پلیمری که معمولا در چسب و بسته بندی مواد غذایی یافت می‌شود، برای تزریق درون چوب استفاده کردند. این منجر به ایجاد یک چوب شفاف با سرعت هدایت حرارتی پنج برابر کمتر از شیشه می‌شود.

برگلوند و تیمش در KTH و موسسه فناوری جورجیا همچنین راهی برای تقلید عملکرد پنجره‌های هوشمند کشف کردند که قادر به انتقال بین شفافیت و حالت‌های رنگی برای کنترل دید یا مسدود کردن نور خورشید است.

روش آن‌ها شامل لایه‌بندی یک پلیمر الکتروکرومیک - با قابلیت تغییر رنگ از طریق الکتریسیته - بین لایه‌های چوب شفاف پوشیده شده با پلیمر الکترودی برای رسانش الکتریسیته بود.

اکنون هدف دانشمندان افزایش سازگاری با محیط زیست چوب شفاف با به حداقل رساندن استفاده از مواد شیمیایی مضر و پلیمر‌های فسیلی در تولید آن است.