Gỗ trong suốt sẽ thay thế thuỷ tinh?

Gỗ tự nhiên là nguồn tài nguyên quan trọng cho việc xây dựng, làm đồ nội thất. Nó cũng được đánh giá cao về tính linh hoạt, khả năng tái tạo và nét duyên dáng về mặt thẩm mỹ.

Tuy nhiên, nhiều tiềm năng mới của gỗ đang bắt đầu xuất hiện, khi các nhà khoa học nghĩ ra các phương pháp để tinh chỉnh các đặc tính vận chuyển quang học, nhiệt, cơ học và ion của vật liệu gỗ, thông qua các thay đổi hóa học và vật lý đối với cấu trúc xốp vốn có và thành phần hóa học của gỗ.

Để theo đuổi mục tiêu này, trong những năm gần đây, các nhà nghiên cứu đã nghĩ ra các chiến lược đổi mới để biến đổi gỗ tương quan với tiềm năng ứng dụng mới.

Các nhà khoa học phát triển gỗ trong suốt cho màn hình smartphone, cửa sổ biến hình. (Ảnh minh họa: Shutterstock)

Trước đây, Siegfried Fink đã tạo ra gỗ trong suốt bằng cách loại bỏ sắc tố khỏi tế bào thực vật trong gỗ. Quy trình công nghệ này đã được ông trình bày chi tiết trong một tạp chí chuyên ngành tập trung vào công nghệ gỗ năm 1992.

Trong hơn mười năm sau đó, ấn phẩm năm 1992 của Siegfried Fink là nguồn cơ sở cung cấp chính xác về công nghệ gỗ trong suốt. Và một nhà khoa học khác tại Viện Công nghệ Hoàng gia KTH ở Thụy Điển, Lars Berglund, tình cờ phát hiện ra ấn phẩm này và dùng nó để phục vụ cho công tác nghiên cứu của mình.

Giờ đây, một nhóm các nhà nghiên cứu khác, đứng đầu là nhà khoa học vật liệu Liangbing Hu tại Đại học Maryland ở College Park, đã tích cực tham gia vào việc phát triển gỗ trong suốt thông qua kỹ thuật xử lý trực tiếp trên gỗ tự nhiên.

Theo nhóm nghiên cứu, gỗ bao gồm nhiều tế bào nhỏ hình ống thẳng đứng, giống như một bó ống hút được buộc chặt lại với nhau bằng keo. Những tế bào hình ống này có chức năng vận chuyển nước và chất dinh dưỡng trong cây.

Để sản xuất gỗ trong suốt, các nhà khoa học phải thay đổi hoặc loại bỏ chất keo được gọi là lignin. Thực tế, đây vừa là chất kết dính các bó tế bào lại với nhau, vừa có nhiệm vụ tạo ra màu nâu đất cho thân và cành.

Sau khi tẩy hoặc loại bỏ màu của chất keo lignin trong gỗ, vẫn còn lại các thành tế bào màu trắng đục. Nguyên nhân là do thành tế bào khúc xạ ánh sáng khác với không khí có trong túi tế bào đã loại bỏ chất keo tạo màu cho gỗ.

Để đạt được độ trong suốt, cần phải lấp đầy các túi khí tế bào gỗ này, bằng một vật liệu như nhựa epoxy, nó có tác dụng bẻ cong ánh sáng từ đó giúp gỗ có thể nhìn xuyên qua. Ra thành phẩm, loại gỗ trong suốt này cho phép hơn 85% ánh sáng đi qua. Nó có thể đón ánh sáng mặt trời mà không gây chói, giúp tiết kiệm năng lượng và chiếu sáng trong nhà thoải mái hơn.

Gỗ trong suốt cũng có tính toàn vẹn cơ học mạnh mẽ, giúp giải quyết các mối lo ngại về độ an toàn thường liên quan đến vật liệu thủy tinh. Hơn nữa, gỗ trong suốt vượt trội hơn kính ở vai trò cách nhiệt, có khả năng hỗ trợ các tòa nhà trong việc đẩy nhiệt.

Trong công việc của mình, nhóm nghiên cứu của Liangbing Hu đã sử dụng polyvinyl alcohol (PVA), một loại polymer thường thấy trong keo và bao bì thực phẩm, để truyền vào các tế bào gỗ đã xử lý. Điều này dẫn đến gỗ trong suốt có tốc độ dẫn nhiệt thấp hơn 5 lần so với thủy tinh.

Còn Lars Berglund và nhóm nghiên cứu tại Viện Công nghệ Hoàng gia KTH ở Thụy Điển cũng đã phát hiện ra cách tái tạo chức năng của cửa sổ thông minh làm từ vật liệu gỗ trong suốt. Công nghệ này có khả năng chuyển đổi giữa trạng thái trong suốt, và trạng thái nhuốm màu để kiểm soát tầm nhìn hoặc chặn ánh sáng mặt trời chiếu vào.

Phương pháp của họ liên quan đến việc xếp một lớp polyme điện sắc có khả năng thay đổi màu sắc thông qua dòng điện, nó được đặt giữa các lớp gỗ trong suốt có phủ một lớp polyme điện cực để dẫn điện.

Theo một số đánh giá, khi công nghệ càng được nâng cấp, vật liệu gỗ trong suốt sẽ trở nên linh hoạt tốt hơn, trong suốt nhiều hơn, bền vững hơn, nó sẽ được ứng dụng tiềm năng vào màn hình điện thoại thông minh siêu bền, cho đến các thiết bị chiếu sáng.