مادة مستدامة محتملة – لماذا يقوم العلماء بصنع الخشب الشفاف

ثلاثون عامًا مضت، عندما كان الباحث النباتي في ألمانيا يتمنى أن يرى العمليات الداخلية للنباتات الخشبية دون تشريحها. من خلال تبييض الصبغات في خلايا النبات، تمكن سيغفريد فينك من إنشاء خشب شفاف، ونشر تقنيته في مجلة تقنية الخشب النيشية. بقيت ورقة البحث لعام 1992 هي الكلمة الأخيرة فيما يتعلق بالخشب الشفاف لأكثر من عقد من الزمان، حتى عثر الباحث لارس بيرغلوند عليها.

الاكتشاف والاهتمام بالخشب الشفاف

ألهم اكتشاف فينك بيرغلوند، لكن ليس لأسباب نباتية. يعمل العالم المواد، الذي يعمل في معهد KTH Royal للتكنولوجيا في السويد، في مجال المركبات البولمرية وكان مهتمًا بإنشاء بديل أكثر قوة للبلاستيك الشفاف. ولم يكن هو الوحيد المهتم بفوائد الخشب. عبر المحيط، كان الباحثون في جامعة ماريلاند مشغولين في هدف ذي صلة: استغلال قوة الخشب لأغراض غير تقليدية.

استخدامات الخشب الشفاف

بعد سنوات من التجارب، بدأت أبحاث هذه المجموعات تؤتي ثمارها. يمكن أن يجد الخشب الشفاف استخدامات في شاشات الهواتف الذكية القوية جدًا؛ في أجهزة الإضاءة الناعمة المضيئة؛ وحتى كميزات هيكلية، مثل النوافذ التي تتغير لونها.

تكوين الخشب الشفاف

يتكون الخشب من قنوات رأسية صغيرة لا تحصى، مثل حزمة محكمة من القش ملتصقة ببعضها بواسطة الغراء. تنقل هذه الخلايا على شكل أنابيب الماء والمواد الغذائية في جميع أنحاء الشجرة، وعند قطف الشجرة وتبخر الرطوبة، تتبقى جيوب الهواء. لإنشاء الخشب الشفاف، يحتاج العلماء أولاً إلى تعديل أو التخلص من الغراء الذي يُسمى اللينين والذي يحمل حزم الخلايا معًا ويمنح الجذوع والفروع معظم درجات البني الأرضي الخاصة بها. بعد تبييض اللينين أو إزالة لونه بطرق أخرى، يتبقى هيكل أبيض حليبي من الخلايا الفارغة.

خصائص الخشب الشفاف

لا يزال هذا الهيكل غير شفاف، لأن جدران الخلايا تحول الضوء بدرجة مختلفة عن الهواء في جيوب الخلية – وهو قيمة تسمى مؤشر الانكسار. ملء جيوب الهواء بمادة مثل الراتنج الإيبوكسي التي تحول الضوء بدرجة مماثلة لجدران الخلية يجعل الخشب شفافًا.

المادة التي عمل العلماء معها رقيقة – عادة أقل من ملم إلى حوالي سنتيمتر واحد سمكًا. ولكن الخلايا تخلق هيكل قوي على شكل قناديل العسل، وألياف الخشب الصغيرة أقوى من ألياف الكربون الأفضل، وفقًا لعالم المواد ليانغبينغ هو، الذي يقود فريق البحث العامل على الخشب الشفاف في جامعة ماريلاند في كوليج بارك. ومع إضافة الراتنج، يفوق الخشب الشفاف البلاستيك والزجاج: في الاختبارات التي تقيس سهولة تكسر المواد تحت الضغط، جاء الخشب الشفاف حوالي ثلاث مرات أقوى من البلاستيك الشفاف مثل البليكسيجلاس وحوالي عشر مرات أكثر صلابة من الزجاج.

استخدامات الخشب الشفاف

يمكن أن يكون الخشب الشفاف بديلاً رائعًا للمنتجات المصنوعة من قطع رقيقة من البلاستيك أو الزجاج التي يمكن تحطيمها بسهولة، مثل شاشات العرض. على سبيل المثال، تستخدم الشركة الفرنسية Woodoo عملية إزالة اللينين المماثلة في شاشاتها الخشبية، ولكنها تترك قليلاً من اللينين لإنشاء جمالية لون مختلفة. تقوم الشركة بتصميم شاشاتها الرقمية القابلة لإعادة التدوير والحساسة للمس لمنتجات مثل لوحات تحكم السيارات ولوحات الإعلانات.

ولكن معظم الأبحاث تركز على الخشب الشفاف كميزة معمارية، مع النوافذ كاستخدام مشجع خاصة، وفقًا لمهندس الكيمياء الحيوية بروديوت دهار من معهد التكنولوجيا في الهند. يعد الخشب الشفاف عازلاً أفضل بكثير من الزجاج، لذلك يمكن أن يساعد في الحفاظ على الحرارة أو منعها في المباني. وقد استخدم هو وزملاؤه أيضًا كحول البولي فينيل، أو PVA – بوليمر يستخدم في الغراء وتغليف الأغذية – لاختراق هياكل الخشب، مما يجعل الخشب الشفاف يوصل الحرارة بمعدل أقل بخمس مرات من الزجاج، حسبما ذكر الفريق في عام 2019 في مجلة Advanced Functional Materials.

في النهاية، يمكن القول إن الخشب الشفاف هو مادة مستدامة ومبتكرة يأمل العلماء في استغلالها في العديد من التطبيقات المستقبلية.

Source: https://arstechnica.com/science/2023/12/why-scientists-are-making-transparent-wood/