Потенциал прозрачной древесины в строительстве

Создано первое пассивное интеллектуальное окно на основе термохромной прозрачной древесины с жидкими кристаллами. Устройство обеспечивает почти полную защиту от ультрафиолета без ущерба для видимого света и почти в пять раз лучше изолирует, чем обычное стекло.

Что, если здания будущего будут полностью деревянными, включая окна и стекло? Идея менее абсурдна, чем может показаться, поскольку прозрачное дерево уже несколько лет дебютирует в области инженерных материалов.

Новые пассивные интеллектуальные окна

Последний прогресс в этой области сейчас пришел из Южной Кореи, где группа ученых использовала этот биокомпозит для создания инновационного пассивного интеллектуального окна: то есть окна, способного регулировать прохождение видимого света в зависимости от температуры без дополнительных затрат энергии.

Более подробно, команда из Национального университета Конджу и Национального университета Ханбат разработала специальную термохромную прозрачную древесину, впервые используя жидкие кристаллы.

Чтобы понять инновации, необходимо сделать несколько шагов назад.

Ограничения и преимущества жидких кристаллов PDLC в интеллектуальных технологиях

Жидкие кристаллы с полимерной дисперсией (PDLC) представляют собой тип интеллектуального материала, способного переключаться с непрозрачного на прозрачное (и наоборот) в зависимости от температуры, что позволяет регулировать проходящий через них свет и тепло.

Основная проблема этой технологии заключается в том, что многие материалы PDLC совершенно неспособны экранировать и модулировать УФ-лучи. Чтобы решить эту проблему, можно прибегнуть к использованию тонких композитных пленок, которые действуют как фильтры, но их интеграция хрупка и дорога.

Технические характеристики и изоляция прозрачной бальзы

Южнокорейские исследователи нашли возможное решение, используя новую, специально изготовленную прозрачную древесину. Для своей работы они сначала химически обработали древесину бальзы, липы и сосны, чтобы удалить лигнин (ответственный за темный цвет) и отбелить их. Затем они заполнили пустое пространство смесью термохромных жидких кристаллов и оптического клея.

Наилучший результат был получен с бальзовым деревом, которое показало прогрессивное пропускание в зависимости от температуры: от непрозрачности (пропускание 28%) при комнатной температуре до прозрачности (пропускание 78%) при 40 °C, при длине волны 550 нм. И тем самым демонстрируя полностью автономное регулирование света с энергетической точки зрения.

Мало того: материал блокирует почти 100% УФ-лучей и обладает теплопроводностью 0,197 Вт/м/К; другими словами, его изоляционные свойства почти в пять раз выше, чем у обычного стекла.

Будущие применения: «зеленое» строительство и носимые устройства.

«Наша инновация является прямой, экологически чистой заменой стекла, обеспечивая конфиденциальность ночью и естественное освещение в течение дня, одновременно снижая затраты на электроэнергию систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC). Она идеально подходит для умных теплиц, поскольку предотвращает ожоги урожая за счет автоматической регулировки солнечного света и поддержания стабильной внутренней температуры выращивания».», — говорит профессор Джин Ким, возглавлявший команду.

«Кроме того, современные технологии обещают разработку интеллектуальных носимых устройств для мониторинга здоровья. Их можно использовать в качестве гибкого пластыря, который становится прозрачным, когда температура тела превышает 38°C, обеспечивая немедленное визуальное оповещение о состоянии здоровья без необходимости использования батарей или электронных устройств».

С исследованием переключаемой термохромной прозрачной древесины, пропитанной полимерными дисперсными жидкими кристаллами, с превосходными характеристиками блокировки ультрафиолета для умных окон, можно ознакомиться в научном журнале. Передовые композиты и гибридные материалы (2025). DOI: 10.1007/s42114-025-01481-0