Новини науки

Вчені з Центрально-Південного університету лісового господарства і технологій у Китаї розробили на основі натурального бамбука новий прозорий матеріал, що нагадує скло.

На відміну від виробів на основі дерева, «бамбукове скло» має вогнестійкість і має супер-гідрофобні властивості. У сонячних панелях це скло пропускало 71,6% світла, що підвищило ефективність перетворення енергії на 15,29%. Бамбук росте швидше, ніж дерева, і поглинає більше CO₂, тому це більш екологічний варіант виготовлення з нього нових матеріалів.

Кремнезем є традиційним матеріалом для виробництва скла. Протягом тисячоліть кварцове скло використовували в різних галузях, і 2020 року попит на нього перевищив 130 млн тонн. Однак, попри простоту і дешевизну виробництва скла таким способом, кінцевий продукт виходить важким і крихким, а сам процес виділяє парникові гази. Тому гостро стоїть необхідність в екологічно безпечній альтернативі.

У пошуках екологічних рішень зростає попит на прозорі матеріали з дерева. Порівняно з традиційними матеріалами, деревина має менший вуглецевий слід, а також чудову механічну міцність і теплоізоляційні властивості. І, найголовніше, цей матеріал має кращу прозорість, ніж кварцове скло, а тому краще підходить для багаторазового застосування. Однак проблема полягає в нестачі сировини. За оцінками, навіть з урахуванням плантацій, до 2050 року у світі буде значний дефіцит промислової деревини.

Крім того, полімери, які використовуються для надання деревині прозорості, роблять її легкозаймистою, що становить серйозну небезпеку. Щоб розв’язати цю проблему, китайські дослідники використовували для створення свого прозорого матеріалу бамбук.

Бамбук має вищу швидкість росту і регенерації, що дає змогу використовувати його як будівельний матеріал уже через 4-7 років після посадки.

За словами вчених, бамбук у чотири рази ефективніший за деревину з погляду на врожайність. Він цінується за свою виняткову продуктивність і навіть називається «другим лісом». Склад бамбука аналогічний деревному, а його вертикальні канали забезпечують високу пористість і проникність.

Дослідники використовували цю властивість бамбука для створення прозорого матеріалу, схожого на скло. За допомогою вакуумного просочення вони впровадили неорганічний рідкий силікат натрію (Na2O-nSiO2) в структуру бамбука, попередньо видаливши лігнін. Потім проміжний продукт пройшов гідрофобну обробку. Завдяки цій стратегії вдалося створити вогнестійкий бар’єр із трьох шарів: верхній шар із силанів (кремневоднів); середній шар із діоксиду кремнію (SiO2), отриманий гідролізом-конденсацією метасилікату натрію (Na2SiO3) на поверхні; і внутрішній шар із Na2SiO3.

Під час випробувань дослідники виявили, що їхній матеріал запалюється за 116 секунд і виділяє лише 0,7 МДж/м² тепла. Димоутворення від матеріалу також було меншим – 0,063 м². Для порівняння, час займання звичайної деревини становить 5-30 секунд. Крім вогнестійкості, матеріал має поліпшені механічні властивості, такі як міцність на вигин і розтягнення.
Дослідники використовували прозорий матеріал для створення перовскітних сонячних елементів. Матеріал показав високу світло-пропускну здатність – 71,6%, що призвело до підвищення ефективності перетворення енергії на 15,29%. У майбутніх дослідженнях вчені зосередяться на великомасштабному виробництві та багатофункціональності бамбука.