Инженеры создали прозрачную древесину, которая сама регулирует свет
Инженеры из Южной Кореи представили необычный строительный материал — прозрачную древесину, способную самостоятельно регулировать освещенность, защищать от ультрафиолета и удерживать тепло. Главное отличие разработки в том, что она работает без электричества, датчиков и систем управления, реагируя только на изменения температуры окружающей среды. Исследование опубликовано в журнале Advanced Composites and Hybrid Materials.
Над проектом работали специалисты Национального университета Ханбат и Национального университета Конджу. В основе материала — модифицированная древесина бальзы, в структуру которой встроены полимерно-дисперсные жидкие кристаллы. Именно они отвечают за «умное» поведение окна.
Как работает температурная регулировка
b) Сравнение окна из PDLC-древесины и обычного стекла под ультрафиолетовым светом. Иллюстрируется способность нового материала блокировать УФ-излучение.
c) Тепловизионные снимки двух макетов домов — одного со стеклянными окнами и другого с окнами из PDLC-древесины — показывают, как по-разному они нагреваются и остывают со временем.
d) График изменения температуры внутри этих двух моделей домов. Он наглядно демонстрирует, что дом с окнами из PDLC-древесины лучше сохраняет стабильную температуру.
e) Демонстрация работы температурного датчика на основе этого материала, который реагирует на тепло тела и позволяет отслеживать температуру в реальном времени.
В отличие от традиционных «умных» стекол, которые затемняются или осветляются по команде электроники, древесное окно действует пассивно. При низкой температуре оно остается более матовым, рассеивая свет. По мере нагрева материал становится прозрачнее.
В лабораторных тестах при комнатной температуре окно пропускало около 28 % видимого света. При нагревании до 40 °C светопропускание увеличивалось до 78 % на длине волны 550 нанометров — в диапазоне, к которому человеческий глаз наиболее чувствителен. Проще говоря, в тёплую погоду помещение получает больше естественного света без ослепляющих бликов.
Такой эффект объясняется изменением ориентации жидких кристаллов внутри полимера. Этот процесс похож на то, как запотевшее стекло становится прозрачным при нагреве, только здесь он точно управляем и обратим.
Полная защита от ультрафиолета
Помимо регулирования освещения материал почти полностью блокирует ультрафиолетовое излучение. По данным исследователей, окно задерживает до 100 % лучей UVA. Это достигается за счет так называемого эффекта J-агрегации — особого молекулярного расположения, при котором ультрафиолет поглощается, не снижая заметно видимую прозрачность.
Такая защита важна не только для кожи человека, но и для мебели, текстиля и других предметов интерьера, которые со временем выцветают под действием солнца.
Теплоизоляция лучше стекла
Еще одно преимущество прозрачной древесины — ее теплоизоляционные свойства. Теплопроводность материала составляет 0,197 Вт·м⁻¹·К⁻¹. Для сравнения, у обычного оконного стекла этот показатель почти в пять раз выше.
«Благодаря теплопроводности 0,197 Вт·м⁻¹·К⁻¹ наш новый биокомпозит обладает почти в пять раз лучшими теплоизоляционными свойствами, чем обычное стекло, что значительно замедляет потери или приток тепла в зданиях», — объясняет доктор Джин Ким из Национального университета Ханбат.
Это означает меньшие затраты на отопление зимой и охлаждение летом, особенно в зданиях с большой площадью остекления.
Приватность и новые применения
Материал решает и типичную проблему стеклянных окон — отсутствие приватности ночью. В прохладных условиях древесное окно сильнее рассеивает свет, из-за чего интерьер становится менее различимым снаружи при включенном освещении.
«Наша инновация — это экологичная замена стеклу, которая обеспечивает конфиденциальность ночью и естественное освещение днем, одновременно снижая энергозатраты на климатические системы», — отмечает Ким.
Разработчики видят применение технологии не только в строительстве. В сельском хозяйстве её предлагают использовать в теплицах, где материал сможет автоматически защищать растения от перегрева и солнечных ожогов. В медицине прозрачную древесину рассматривают даже как основу для кожных пластырей, которые становятся прозрачными при повышении температуры тела выше 38 °C, сигнализируя о возможной лихорадке без электроники и батареек.
