TiaSang
Thứ 7, Ngày 19 tháng 6 năm 2021
Đổi mới sáng tạo

Gỗ trong suốt: vật liệu bền vững trong tương lai?

09/05/2021 08:00 -

Năm 2016, sau một thời gian dài nghiên cứu và phát triển, các nhà khoa học tại Học viện Công nghệ Hoàng gia KTH đã cho ra mắt sản phẩm gỗ trong suốt, với kỳ vọng đây sẽ là một loại vật liệu đột phá dùng trong các công trình xây dựng. Nó cho phép ánh sáng tự nhiên chiếu xuyên qua và thậm chí có thể lưu trữ nhiệt năng. Tuy nhiên, làm thế nào để loại gỗ này trở thành vật liệu thân thiện với môi trường?


Trước đây, các nhà khoa học thường loại bỏ lignin trong gỗ và lấp đầy các lỗ trống bằng polymer làm từ nhiên liệu hóa thạch. Tuy nhiên, cách làm đó lại khiến vật liệu này trở nên không thân thiện với môi trường. Ảnh: phys
 
Năm 2016, sau một thời gian dài nghiên cứu và phát triển, các nhà khoa học tại Viện Công nghệ Hoàng gia KTH đã cho ra mắt sản phẩm gỗ trong suốt, với kỳ vọng đây sẽ là một loại vật liệu đột phá dùng trong các công trình xây dựng. Nó cho phép ánh sáng tự nhiên chiếu xuyên qua và thậm chí có thể lưu trữ nhiệt năng. 
 
Chìa khóa để biến gỗ thành vật liệu composite trong suốt là loại bỏ lignin của nó (lignin là một hợp chất cao phân tử có cấu trúc vô định hình. Nó là thành phần cấu tạo của hầu hết thành tế bào thực vật trên cạn, liên kết các tế bào, sợi và mạch), đây chính là thành phần hấp thụ ánh sáng chính trong gỗ. Tuy nhiên, những lỗ hổng do không còn lignin cần được lấp đầy bằng một thứ gì đó, điều này giúp phục hồi độ bền của gỗ và cho phép ánh sáng xuyên qua. 
 
Trong các phiên bản vật liệu composite trước, các nhà nghiên cứu tại Trung tâm Khoa học Gỗ Wallenberg của KTH đã sử dụng các polymer làm từ nhiên liệu hóa thạch. Giờ đây, họ đã thử nghiệm thành công một giải pháp thay thế, thân thiện với môi trường: limonene acrylate, một monome được làm từ limonene. Nhóm nghiên cứu đã công bố kết quả này trên Advanced Science.
 
“Chất limonene acrylate mới được làm từ cam quýt. Chúng ta có thể tận dụng phế phẩm, chẳng hạn như chất thải vỏ lấy từ ngành công nghiệp nước cam”, tác giả chính, nghiên cứu sinh Céline Montanari, cho biết.
 
Phần chiết xuất từ quá trình sản xuất nước cam được dùng để tạo ra loại polymer khôi phục đồ bền của gỗ và cho phép ánh sáng đi qua. 
 

Lời giải cho vấn đề mà các nhà khoa học đã 'đau đầu' lâu nay chính là chiết xuất cam quýt. Ảnh: Céline Montanari
 
Theo nhóm nghiên cứu, vật liệu composite mới đạt độ truyền quang khoảng 90% ở độ dày 1,2mm và 30% với mức sương mù thấp. Không giống như các vật liệu tổng hợp gỗ trong suốt khác đã ra mắt trong 5 năm qua, vật liệu của KTH đóng vai trò quan trọng trong kết cấu của tòa nhà. Nó cho thấy hiệu suất cơ học hạng nặng: với độ bền 174 MPA (25,2 ksi) và độ đàn hồi 17 GPa (hay khoảng 2,5 Mpsi).
 
Ngay từ đầu, tính bền vững vẫn là ưu tiên hàng đầu của nhóm nghiên cứu, Giáo sư Lars Berglund, người đứng đầu Khoa Công nghệ Sợi và Polymer của KTH, cho biết. Chính vì vậy, “một trong những thách thức lớn mà chúng tôi cần giải quyết trong việc tạo ra gỗ trong suốt bền vững, đó chính là làm thế nào để thay thế các polymer làm từ nhiên liệu hóa thạch”, GS Berglund nói. 
 
Ông cho biết, nhóm nghiên cứu luôn quan tâm đến các yếu tố môi trường và cái gọi là hóa học xanh. Vật liệu được tạo ra không có dung môi, và tất cả các hóa chất đều làm từ nguyên liệu thô có nguồn gốc sinh học. 
 
Những điểm tiến bộ này có thể gợi mở ra một loạt các hướng nghiên cứu mới, chẳng hạn như trong công nghệ nano gỗ, Berglund nói. Có thể kể đến cửa sổ thông minh, gỗ giúp giữ nhiệt, gỗ có tích hợp chức năng chiếu sáng – hay thậm chí là laser gỗ. 
 
“Chúng tôi đã xem xét nơi ánh sáng đi qua, và điều gì sẽ xảy ra khi nó chạm đến cellulose”, Berglund chia sẻ. “Một số tia sáng đi thẳng qua gỗ và khiến cho vật liệu trở nên trong suốt. Một số tia sáng bị khúc xạ và phân tán ở các góc độ khác nhau và mang lại hiệu ứng thú vị trong các ứng dụng chiếu sáng”
 
Nhóm nghiên cứu hiện tại đang phối hợp với nhóm quang tử học của Sergei Popov tại KTH để khám phá thêm nhiều khả năng của công nghệ nano trong thời gian tới. 
 
Hà Trang tổng hợp
Nguồn: 
https://www.eurekalert.org/pub_releases/2021-05/krio-cdm050421.php
https://phys.org/news/2019-11-transparent-wood-material-future.html

 
Tags: