بعد- سی سال پیش، گیاه شناسی در آلمان یک تمایل ساده داشت: مشاهده عملکرد درونی گیاهان چوبی بدون تشریح آنها. زیگفرید فینک توانست با سفید کردن رنگدانه‌های موجود در سلول‌های گیاهی چوب شفاف ایجاد کند و گزارشی از تکنیک خود در مجله فناوری چوب منتشر کرد.
به گزارش سرگرمی روز به نقل از ال پایس، مقاله او در سال 1992 برای بیش از یک دهه آخرین کلمه در مورد چوب شفاف باقی ماند تا اینکه محققی به نام لارس برگلوند به طور تصادفی به آن رسید. Berglund از کشف فینک الهام گرفته شده است، اما نه به دلایل گیاه شناسی. این دانشمند مواد، که در مؤسسه فناوری سلطنتی KTH در سوئد کار می کند و در کامپوزیت های پلیمری تخصص دارد، علاقه مند به ایجاد جایگزین قوی تری برای پلاستیک شفاف بود. او تنها کسی نبود که به فواید چوب علاقه داشت. محققان دانشگاه مریلند نیز بر روی یک هدف مرتبط کار می کردند: استفاده از قدرت چوب برای اهداف غیر متعارف.
اکنون پس از سال ها آزمایش، تحقیقات این گروه ها در حال به ثمر نشستن است. چوب شفاف به زودی می تواند در نمایشگرهای فوق العاده قوی گوشی های هوشمند، در وسایل روشنایی نرم و درخشان و حتی به عنوان عناصر ساختاری مانند پنجره های تغییر رنگ استفاده شود.
کیلیانگ فو، متخصص نانوتکنولوژی چوب در دانشگاه جنگلداری نانجینگ در چین که به عنوان دانشجوی فارغ التحصیل در آزمایشگاه Berglund کار می کرد، گفت: “من واقعاً معتقدم این ماده آینده امیدوارکننده ای دارد.”
چوب از کانال‌های عمودی بی‌شماری تشکیل شده است، مانند دسته‌ای محکم از نی که به هم چسبیده‌اند. این سلول‌های لوله‌ای آب و مواد مغذی را در سرتاسر درخت حمل می‌کنند و در هنگام برداشت درخت و تبخیر رطوبت، شکاف‌های هوایی ایجاد می‌کنند. برای ایجاد چوب شفاف، دانشمندان ابتدا باید چسبی به نام لیگنین را که دسته‌های سلولی را در کنار هم نگه می‌دارد و به تنه‌ها و شاخه‌ها رنگ قهوه‌ای خاکی می‌دهد، اصلاح یا حذف کنند. پس از سفید شدن یا حذف لیگنین، یک اسکلت سفید شیری از سلول های توخالی باقی می ماند. این اسکلت هنوز مات است زیرا دیواره های سلولی نور را به درجاتی متفاوت از هوای کیسه های سلولی می شکنند، مقداری که ضریب شکست نامیده می شود.
پر کردن محفظه های هوا با موادی مانند اپوکسی که نور را به اندازه دیواره سلولی شکست می دهد، چوب را شفاف می کند. موادی که دانشمندان با آنها کار کردند نازک هستند، معمولاً کمتر از یک میلی‌متر تا حدود یک سانتی‌متر ضخامت دارند. لیانگ بینگو، دانشمند مواد که سرپرستی یک گروه تحقیقاتی کار بر روی چوب خالص در دانشگاه مریلند را بر عهده دارد، می‌گوید که سلول‌ها ساختار لانه زنبوری قوی ایجاد می‌کنند و الیاف چوبی ظریف از بهترین الیاف کربن قوی‌تر هستند. با سهولت شکستن یا شکستن مواد تحت فشار، چوب شفاف سه برابر قوی تر از پلاستیک های شفاف مانند پلکسی گلاس و حدود ده برابر قوی تر از شیشه است. هو که در بررسی سالانه تحقیقات مواد در سال 2023 به ویژگی های چوب شفاف اشاره کرد، گفت: «نتایج شگفت انگیز است که یک تکه چوب می تواند به اندازه شیشه قوی باشد.
این فرآیند با چوب های ضخیم تر نیز کار می کند، اما مواد تیره تر به نظر می رسد زیرا نور بیشتری را منعکس می کند. در مطالعه اولیه خود در سال 2016، هو و برگلند دریافتند که ورقه های نازک میلی متری از اسکلت چوبی پر از رزین، 80 تا 90 درصد نور را از خود عبور می دهند. با نزدیک شدن ضخامت به یک سانتی متر، انتقال نور کاهش می یابد. گروهی به رهبری Berglund گزارش دادند که چوب با ضخامت 3.7 میلی متر تنها 40 درصد نور را از خود عبور می دهد.
نازکی و استحکام مواد به این معنی است که می تواند جایگزین عالی برای محصولات ساخته شده از قطعات نازک پلاستیک یا شیشه مانند نمایشگرها باشد. به عنوان مثال، شرکت فرانسوی Woodoo از فرآیند مشابهی برای حذف لیگنین در پانل‌های چوبی خود استفاده می‌کند، اما مقداری لیگنین برای ایجاد زیبایی رنگ متفاوت باقی می‌گذارد. این شرکت نمایشگرهای دیجیتالی قابل بازیافت و حساس به لمس خود را برای محصولاتی از جمله داشبورد اتومبیل و بیلبوردهای تبلیغاتی طراحی می کند.
Geprodiyot Dar، مهندس بیوشیمی در موسسه فناوری هند در بنارس می گوید: «با این حال، بیشتر تحقیقات بر روی چوب خالص به عنوان یک ویژگی معماری متمرکز شده است و استفاده از آن در پنجره ها بسیار امیدوارکننده است. چوب شفاف عایق بسیار بهتری نسبت به شیشه است، بنابراین می تواند به ساختمان ها در حفظ یا جلوگیری از گرما کمک کند. در سال 2019، این تیم در مقاله‌ای گزارش داد که هو و همکارانش همچنین از پلی وینیل الکل یا PVA، پلیمری که در چسب‌ها و بسته‌بندی‌های مواد غذایی استفاده می‌شود، برای نفوذ به اسکلت‌های چوبی و ساخت چوب شفافی که حرارت داده می‌شود، استفاده کردند. با سرعتی پنج برابر کمتر از شیشه هدایت می کند. محققان در حال ارائه ترفندهای دیگری برای افزایش توانایی چوب برای ذخیره یا آزاد کردن گرما هستند که برای استفاده در ساختمان های کم مصرف مفید است.
سلین مونتاناری، دانشمند مواد در موسسه تحقیقاتی RISE در سوئد، و همکارانش آزمایشی را با مواد تغییر فاز انجام دادند، موادی که وقتی از جامد به مایع تبدیل می شوند، از گرمای ذخیره شده به گرمای آزاد شده یا برعکس تبدیل می شوند. به عنوان مثال، با ترکیب پلی اتیلن گلیکول، دانشمندان کشف کردند که چوب آنها می تواند گرما را در زمان گرم بودن ذخیره کند و در هنگام سرد شدن، گرما را آزاد کند، که آنها در سال 2019 در مجله ACS Applied Materials and Interfaces گزارش دادند.
بنابراین، پنجره‌های چوبی شفاف قوی‌تر هستند و بهتر از شیشه‌های سنتی به کنترل دما کمک می‌کنند، اما ظاهری کدر دارند و بیشتر شبیه شیشه‌های مات هستند تا شیشه‌های پنجره معمولی. با این حال، خاموشی می‌تواند یک مزیت باشد اگر کاربران نور پراکنده را بخواهند: چون چوب ضخیم‌تر قوی‌تر است، می‌تواند تا حدودی منبع نور باشد و به طور بالقوه به عنوان سقفی عمل کند که نور محیطی ملایمی را در اتاق فراهم می‌کند.
هو و برگلوند همچنان به دنبال راه هایی برای دادن خواص جدید به چوب خالص هستند. حدود پنج سال پیش، Berglund و همکارانش در KTH و موسسه فناوری جورجیا کشف کردند که می‌توانند پنجره‌های هوشمندی را تقلید کنند که از شفاف به رنگی تغییر می‌کنند تا جلوی دید یا اشعه‌های خورشید را بگیرند. محققان یک پلیمر الکتروکرومیک، ماده ای که می تواند با الکتریسیته تغییر رنگ دهد، بین لایه های چوب شفاف پوشیده شده با پلیمر الکترودی قرار دادند تا الکتریسیته را هدایت کند. ماده ای که صفحه چوبی را ساخته است، زمانی که کاربران جریان الکتریکی کوچکی از آن عبور می دهند، از شفاف به بنفش تغییر رنگ می دهد.
اخیراً این دو گروه توجه خود را به بهبود پایداری تولید چوب شفاف معطوف کرده اند. به عنوان مثال، رزین مورد استفاده برای پر کردن داربست های چوبی معمولاً یک محصول پلاستیکی است که از نفت به دست می آید. به همین دلیل بهتر است از مصرف آن خودداری کنید. برای ارائه یک جایگزین، Berglund و همکارانش یک پلیمر کاملا زیستی را اختراع کردند که از پوست مرکبات مشتق شده بود. این تیم ابتدا اسید اکریلیک و اسید سیتریک، یک ماده شیمیایی استخراج شده از پوست لیمو و پرتقال را که در روغن های ضروری یافت می شود، ترکیب کردند. سپس درخت طرح دار را با آن آغشته کردند.
در سال 2021، محققان در Advanced Science گزارش دادند که حتی با پر کردن میوه، چوب شفاف مبتنی بر بیوتکنولوژی خواص مکانیکی و نوری خود را حفظ می کند و می تواند حدود 30 مگا پاسکال فشار بیشتری نسبت به چوب معمولی تحمل کند و حدود 90 درصد نور از خود عبور می کند. در همین حال، آزمایشگاه هو اخیراً گزارشی را در Science Advances منتشر کرده است که در آن روش سبزتر برای سفید کردن لیگنین متکی به پراکسید هیدروژن و نور ماوراء بنفش است و انرژی مورد نیاز برای تولید را کاهش می‌دهد.
این تیم برش‌های چوب را با ضخامت 0.5 تا 3.5 میلی‌متر با پراکسید هیدروژن آغشته کردند، سپس آنها را در معرض لامپ‌های فرابنفش قرار دادند تا اثر قرار گرفتن در معرض نور خورشید را تقلید کنند. اشعه ماوراء بنفش قسمت های رنگدانه لیگنین را سفید می کند اما قسمت های ساختاری را دست نخورده باقی می گذارد. بنابراین، این به حفظ استحکام بیشتر در چوب کمک کرد.
این رویکردهای سازگارتر با محیط زیست به محدود کردن میزان مواد شیمیایی سمی و پلیمرهای مبتنی بر فسیل در تولید کمک می‌کنند، اما بر اساس تحلیل دار و همکارانش که در مجله Science منتشر شده است، شیشه در حال حاضر در پایان عمر خود تأثیر کمتری بر محیط زیست دارد. دارای چوب شفاف به گفته محققان، اتخاذ یک طرح تولید سبزتر و افزایش تولید دو مرحله ضروری برای افزودن چوب شفاف به بازارهای اصلی است، اما این کار زمان بر است. با این حال، آنها مطمئن هستند که می تواند انجام شود و به پتانسیل آن به عنوان یک ماده پایدار اعتقاد دارند.
