Hace 30 años, un botánico alemán tenía un simple deseo: ver el funcionamiento interno de las plantas luminosas sin discernimiento. Siegfried Fink diseñó una madera transparente que blanquea los pigmentos de las células vegetales y publicó su técnica en una revista especializada en tecnología de la madera. El artículo de 1992 fue el último debate sobre la madera transparente en más de una década, hasta que un investigador llamado Lars Berglund lo encontró.
Berglund se inspiró en el descubrimiento de Fink, pero no en motivos botánicos. El científico de materiales, que trabaja en el Real Instituto de Tecnología KTH de Suecia, está especializado en componentes poliméricos y está interesado en crear una alternativa más robusta al plástico transparente. No había ninguna otra persona interesada en las virtudes de la madera. Al otro lado del océano, investigadores de la Universidad de Maryland se dedican a un objetivo relacionado: mejorar la resistencia de la madera para obtener finos no tradicionales.
Ahora, tras años de experiencia, las investigaciones de estos grupos han intentado dar frutos. La madera transparente se puede utilizar inmediatamente en pantallas de teléfonos inteligentes súper resistentes, lámparas de luz suave y también en elementos estructurales, como ventanas que cambian de color.
«Creo sinceramente que este material tiene un futuro prometedor», dice Qiliang Fu, especialista en nanotecnología de la madera de la Universidad Forestal de Nanjing, China, que trabaja en el laboratorio de Berglund como estudiante de posgrado.
La madera está formada por innumerables pequeños canales verticales, a modo de un conjunto o pajitas unidas con pegamento. Estas células tienen forma de tubo que transporta agua y nutrientes a todo el árbol, cuando se adapta y la humedad se evapora, a los recipientes de aire. Para crear madera transparente, los científicos primero deben modificar o eliminar el enlace, llamado lignina, para mantener unidas las fibras de la madera y dar a los troncos y ramas la mayor parte de sus tonos marrones terrosos. Para blanquear el color de la lignina o eliminarla da un efecto blanco lechoso de células huecas.
Esta pantalla permanece opaca porque las paredes celulares tienen una luz distinta a la del aire en las cavidades celulares, valor llamado índice de refracción. Retornan las bolsas de aire con un soporte como resina epoxi, que deja pasar la luz a un nivel similar a las paredes celulares, la madera es transparente.
Se entrega el material con el que trabajan los científicos: debe tener entre un milímetro y un centímetro de espesor. Pero las células crean una estructura de panel resistente, y las pequeñas fibras de madera son las más fuertes en comparación con las mejores fibras de carbono, dice el científico de materiales Liangbing Hu, que dirige el Grupo de Investigación de Madera Transparente de la Universidad de Maryland en China. Parque. Y con la resina añadida, la madera transparente es superior al plástico y al vidrio: en pruebas realizadas en medio de la facilidad con la que los materiales se fracturan o rompen a baja presión, la madera transparente es uno de los tres plásticos transparentes más fuertes como el plexiglás y 10 veces más que vaso.
“Los resultados son oscuros, que un trozo de madera puede ser tan resistente como el vidrio”, afirma Hu, que ha desvelado las características de la madera transparente en el Revisión anual de la investigación de materiales. de 2023.
El proceso también funciona con la madera más pesada, pero ver el recorrido de este sustento es lo más difícil porque dispersa más la luz. En sus estudios originales de 2016, Hu y Berglund descubrieron que las láminas metálicas de los esqueletos de madera y resina deben pasar entre el 80% y el 90% de la luz. A medida que el trozo se acerca a un centímetro, la intensidad de la luz disminuye: el grupo de Berglund informó que la madera de 3,7 milímetros de espesor, aproximadamente la mayor parte de las dos monedas de quinientos euros, debería pasar sola. 40% de la luz.
El diferente perfil y resistencia del material puede ser una gran alternativa a los productos elaborados con cortes finos e instalaciones de burbujeo de plástico o vidrio, como las pantallas de visualización. La empresa francesa Woodoo, por ejemplo, utiliza un proceso de eliminación de lignina similar en sus pantallas de madera, pero ya ha añadido algo de lignina para crear una estética de color diferente. La empresa adapta sus pantallas digitales reciclables y sensibles al tacto para productos como la automoción y los carteles publicitarios.
Pero la mayor parte de la investigación se centra en la madera transparente como elemento arquitectónico, y las ventanas se muestran particularmente prometedoras, dice Prodyut Dhar, ingeniero bioquímico del Instituto Indio de Tecnología en Benarés. La madera transparente es mucho más fluida que el vidrio porque podría ayudar a los edificios a retener el calor o mantenerlo fuera del agua. Si sus colegas también utilizaron alcohol polivinílico, o PVA, un polímero utilizado en piezas y recipientes de alimentos, para infiltrarse en los esqueletos de madera, la madera transparente conduce el calor a una velocidad cinco veces más lenta que el vidrio, infórmele equipo fr 2019 fr Materiales funcionales avanzados.
Y los investigadores tienen ideas para otros ajustes para aumentar la capacidad de la madera para retener o liberar calor, lo que será útil para edificios energéticamente eficientes. Céline Montanari, científica de materiales del Instituto de Investigación RISE de Suecia, y sus colegas están experimentando con materiales de cambio de fase, que liberan calor con éxito cuando pasan de sólido a líquido, o viceversa. Por ejemplo, los científicos han descubierto que la madera puede almacenar calor cuando está caliente y liberar calor cuando se enciende, trabajando para el público. Interfaces y materiales aplicados de ACS en 2019.
Finalmente, las ventanas de madera transparente serán más duraderas y ayudarán a controlar la temperatura mejor que el cristal tradicional, pero la visión a través de ellas será borrosa, más parecida a un cristal de esmeril que a una ventana normal. Sin embargo, la nebulosidad puede ser una venta si los usuarios quieren una luz difusa: al ser la madera la más tosca y resistente, puede ser una fuente de luz que soporte parte del peso de un edificio, como una tecnología que proporciona una luz suave a un casa, dice Berglund.
Hu y Berglund continuaron jugando con la forma para impartir nuevas propiedades a la madera transparente. Durante cinco años, Berglund y sus colegas de KTH y el Instituto Tecnológico de Georgia han descubierto que pueden imitar ventanas inteligentes, que pueden cambiar transparencias y tintes para bloquear la visibilidad de los rayos del sol. Los investigadores intercalarán un polímero electrocrómico (una sustancia que puede cambiar de color con la electricidad) entre capas transparentes de madera recubiertas con un polímero electrocrómico para conducir la electricidad. Entonces, ha creado un panel de madera que cambia la transparencia a magenta cuando los usuarios pasan por una pequeña corriente eléctrica.
Más recientemente, ambos grupos han centrado su atención en mejorar la sostenibilidad de la producción de madera transparente. Por ejemplo, la resina que se utiliza para fabricar los objetos de madera suele ser un producto plástico derivado del petróleo, por lo que es mejor evitar su uso, afirma Montanari. Como sustituto, ella y sus colegas inventaron un polímero completamente orgánico, derivado de semillas de cítricos. El equipo combina ácido acrílico de primera calidad y cal, una sustancia química extraída de las esencias de limón y la sustancia que se encuentra en los aceites esenciales. A continuación, empápate de un bosque delimitado. Incluida con el jugo frutal, la madera transparente de base orgánica se mantiene tiene propiedades mecánicas y ópticas, soportando 30 megapascales de presión más que la madera normal y transmitiendo hasta el 90% de la luz, según informaron investigadores en 2021 en ciencia avanzada.
El laboratorio de Hu, por su parte, lo publicará Los científicos progresan el método más ecológico de blanqueo de lignina basado en peróxido de hidrógeno y radiación UV, que reduce aún más la demanda energética de producción. El equipo está cubierto de peróxido de hidrógeno, varillas de madera de entre 0,5 y 3,5 milímetros de espesor y colocadas frente a lámparas ultravioleta para imitar los rayos del sol. Los rayos ultravioleta blanquean las partes de la lignina que contienen pigmentos, pero dejan intactas las partes estructurales, lo que ayuda a mantener más resistencia en la madera.
Estas plantaciones más respetuosas con el medio ambiente ayudan a limitar la cantidad de químicos tóxicos y polímeros fósiles utilizados en la producción, pero por ahora el vidrio tiene un impacto ambiental menor en la vida útil final de la madera transparente, según un análisis de Dhar y sus colegas. Ciencia ambiental total. Los investigadores dicen que adoptar sistemas de producción más ecológicos y expandir la fabricación son dos pasos necesarios para introducir la madera transparente en los principales mercados, pero lo harán con el tiempo. No hay barrera para hacer esto posible y ver su potencial como material sostenible.
«Cuando intentas registrar la sostenibilidad, no quieres que las propiedades de los materiales fósiles sean idénticas», dice Montanari. “Como científico, quién es superarlo”.
Artículo traducido por Debbie Ponchner.
Este artículo apareció originalmente en conocido en españoluna publicación sin ánimo de lucro dedicada a acercar el conocimiento científico a la excelencia de todos.
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