Ученые из Китая разработали прозрачный бамбук, который может стать экологичной заменой традиционному стеклу. Новый материал обладает огнестойкостью, водоотталкивающими свойствами и блокирует дым.
Прозрачная древесина
В настоящее время стекло, изготавливаемое из песка, является основным материалом для строительства прозрачных и прочных конструкций, таких как окна. Однако его производство неэкологично, а само стекло может быть тяжелым и хрупким.
За последние годы прозрачная древесина начала конкурировать со стеклом. Ученые химически удаляют лигнин из древесных волокон, а затем обрабатывают оставшийся материал плексигласом или эпоксидной смолой. В результате получается прочный, легкий и термоизоляционный материал с высокой светопропускной способностью, который к тому же является возобновляемым.
Однако использование древесины имеет свои недостатки. Дерево гораздо более горюче, чем стекло, к тому же его запасы требуют длительного восстановления. Поэтому китайские исследователи из Центрально-Южного университета лесоводства и технологии (CSUFT) обратили свое внимание на бамбук.
Преимущества бамбука
«Бамбук, часто называемый «вторым лесом», отличается быстрым ростом и скоростью восстановления популяции. Он достигает зрелости и может использоваться в качестве строительного материала уже через 4-7 лет роста. Производительность бамбука в четыре раза выше, чем у древесины, с одного гектара земли. Он признан исключительно эффективным материалом», - говорит Цаочао Вань, соавтор исследования.
Структура и химический состав бамбука во многом схожи с древесиной, поэтому ученые использовали тот же метод для его прозрачности. После удаления лигнина бамбук пропитывается неорганическим жидким натриевым силикатом, который изменяет преломление света волокнами, делая их прозрачными. Затем материал обрабатывают для придания ему водоотталкивающих свойств.
В итоге получается трехслойная структура: силан сверху, диоксид кремния в середине и силикат натрия снизу. Прозрачный бамбук обладает светопропускной способностью 71,6%, огнестойкий, водоотталкивающий и блокирует дым и угарный газ. С точки зрения механики он демонстрирует предел прочности при изгибе 7,6 ГПа и предел прочности при растяжении 6,7 ГПа.
Помимо использования в качестве строительного материала, прозрачный бамбук может применяться в качестве подложки для перовскитных солнечных элементов, действуя как светонаправляющий слой. Это повышает эффективность преобразования энергии таких элементов на 15,29%.
«В дальнейшем мы сосредоточимся на масштабном производстве и расширении функциональных возможностей прозрачного бамбука», - говорит Вань.
Результаты исследования опубликованы в журнале Research.
