Первые опыты, которые привели к появлению «прозрачного дерева», представили специалисты Королевского технологического института (Швеция) еще в 2016 году. Тогда исследователи взяли кусочки бальсового дерева, растворили большую часть придающего дереву жесткость лигнина, а затем пропитали материал акриловым пластиком. Последний известен в России как оргстекло. Такой гибрид не был идеально прозрачным, но зато вдвое превзошел обычное оргстекло по прочности за счет сохранения части древесной структуры. В качестве следующего шага ученые добавили к смеси «дерево + оргстекло» еще один компонент.
Removing the lignin makes the wood turn white, and the addition of a special polymer turns it transparent. Montanari brought her business card as an example. #ACSOrlando pic.twitter.com/MPx6RtBDSz
— ACS Pressroom (@ACSpressroom) 3 апреля 2019 г.
Removing the lignin makes the wood turn white, and the addition of a special polymer turns it transparent. Montanari brought her business card as an example. #ACSOrlando pic.twitter.com/MPx6RtBDSz
Им стал полиэтиленгликоль (ПЭГ) — полимер этиленгликоля. Это вещество представляет собой довольно токсичную жидкость, которую автолюбители, например, используют в качестве антифриза («незамерзайка» состоит из него более чем наполовину). Но если молекулы этиленгликоля соединить в цепочку, то вещество окажется густым гелем или даже твердым телом (в зависимости от длины полимерной цепочки). Поместив твердый этиленгликоль между слоями из древесно-акрильного материала, те же шведские ученые добились эффекта, который, по их утверждению, может существенно сократить энергопотребление зданий. При плавлении этиленгликоля новая «пластикодревесина» в целом остается твердой и поглощает много тепла за счет скрытой теплоты плавления.
При нагреве с одной стороны стена из такого материала не нагреется сверх температуры плавления полиэтиленгликоля (в экспериментах ученые использовали плавящийся при 27 ℃ пластик, но можно сделать как меньше, так и больше) до тех пор, пока вся стена не превратится в древесно-пластиковый массив с жидкостью внутри пор. Если считать, что стена удерживает хотя бы полтонны полиэтиленгликоля, скрытая теплота составит (не нагревая при этом стену, а лишь забирая тепло) примерно 85 мегаджоулей — почти сутки работы киловаттного нагревателя. Подобные стены смогут поддерживать оптимальный микроклимат за счет сглаживания суточных колебаний температуры. Их же можно применить для снижения расходов на отопление (грея ночью, когда электричество дешевле). Вопрос только в масштабировании технологии и решении ряда иных проблем.
Авторы указывают, что полиэтиленгликоль уже массово производится в химической промышленности, а значит, вполне доступен. Кроме того, его способность пропитывать дерево детально изучили, например, специалисты по реставрации культурных ценностей. «Корабль "Васа", стоящий в музее Стокгольма, реставрировали с использованием ПЭГ, — говорит Селин Монтанари, одна из исследователей. — Мы знаем, что он может глубоко проникать в дерево».
ПЭГ считается практически нетоксичным материалом и его уже неоднократно пробовали применять в целях накопления тепла, впрочем, преимущественно в непрозрачных панелях. Полупрозрачные материалы могут, как считают его разработчики, выиграть у своих конкурентов за счет сочетания прочности со способностью пропускать свет без того, чтобы открывать жителей дома всеобщему обозрению.
Алексей Тимошенко