Thụy Điển phát triển gỗ trong suốt có độ bền vượt trội kính

Các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Hoàng gia KTH (Thụy Điển) vừa phát triển thành công một loại vật liệu gỗ có khả năng truyền sáng cao nhưng vẫn duy trì, thậm chí vượt qua, độ bền cơ học của kính. Phát minh này mở ra nhiều tiềm năng ứng dụng mới cho cửa sổ, mặt đứng công trình, pin năng lượng mặt trời và các giải pháp kiến trúc tiết kiệm năng lượng.

Công nghệ cốt lõi của vật liệu này dựa trên việc loại bỏ lignin, một polymer tự nhiên tạo nên màu nâu và cản trở ánh sáng trong gỗ thông qua xử lý hóa học. Sau đó, cấu trúc gỗ được thẩm thấu bằng các polymer trong suốt như acrylic hoặc epoxy. Kết quả là các tấm veneer gỗ có khả năng truyền sáng, đồng thời vẫn giữ được cấu trúc sợi gỗ nguyên bản, yếu tố quyết định đến độ bền của vật liệu.

Trong các thí nghiệm ban đầu tại KTH, những tấm veneer gỗ mỏng khoảng 1mm đạt độ truyền sáng lên tới 85%. Khi được thấm polymer acrylic, vật liệu trở nên sáng màu và đủ trong để ánh sáng tự nhiên có thể xuyên qua hiệu quả.

Gỗ trong suốt do KTH phát triển. Ảnh: Viện Công nghệ Hoàng gia KTH (Thụy Điển)

Các thử nghiệm so sánh cho thấy gỗ trong suốt có những đặc tính vượt trội hơn nhiều vật liệu truyền thống. Cụ thể, vật liệu này có khả năng chịu nứt gãy cao gấp khoảng ba lần so với nhựa Plexiglas và bền hơn kính thông thường tới khoảng mười lần. Ưu điểm này đến từ cấu trúc sợi gỗ bên trong, vốn vẫn được bảo toàn sau quá trình loại bỏ lignin và thẩm thấu polymer, giúp vật liệu có độ dẻo dai và khả năng hấp thụ lực tốt hơn.

Bên cạnh độ bền cơ học, gỗ trong suốt còn mang lại lợi thế rõ rệt về mặt nhiệt. Khác với kính truyền sáng trực tiếp, vật liệu này khuếch tán ánh sáng, giúp giảm chói và đồng thời cải thiện khả năng cách nhiệt. Một số biến thể sử dụng polymer như polyvinyl alcohol (PVA) cho thấy hệ số dẫn nhiệt thấp hơn kính tới năm lần, góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng cho công trình.

Với các tấm veneer dày hơn, khoảng 3,7 mm, độ truyền sáng giảm xuống còn khoảng 40%, nhưng đổi lại là ánh sáng dịu hơn và khả năng ổn định nhiệt độ tốt hơn. Độ mờ này được xem là lợi thế trong các không gian cần ánh sáng khuếch tán và kiểm soát vi khí hậu.

Những nghiên cứu tiếp theo còn khám phá được khả năng của gỗ trong suốt bằng cách tích hợp vật liệu chuyển pha: các chất có khả năng hấp thụ hoặc giải phóng nhiệt khi thay đổi trạng thái. Khi được đưa vào cấu trúc gỗ, các vật liệu này giúp điều hòa nhiệt độ: hấp thụ nhiệt khi môi trường nóng và giải phóng nhiệt khi nhiệt độ giảm.

Ngoài ra, KTH cùng các đối tác đã phát triển nguyên mẫu “cửa sổ thông minh” từ gỗ trong suốt. Bằng cách kẹp một lớp polymer điện sắc, vật liệu có khả năng đổi màu khi có dòng điện giữa hai lớp gỗ trong suốt, các nhà nghiên cứu đã tạo ra những tấm panel có thể chuyển từ trạng thái trong suốt sang tối màu, thậm chí sang sắc tím khi được cấp điện.

So với các vật liệu có nguồn gốc từ dầu mỏ, gỗ trong suốt được sản xuất từ nguồn tài nguyên tái tạo dồi dào. Gỗ có khả năng phân hủy sinh học, trọng lượng nhẹ và để lại dấu chân carbon thấp hơn nhiều so với các vật liệu tổng hợp truyền thống.

Gỗ trong suốt do KTH phát triển có độ xuyên sáng cao hơn. Ảnh: Céline Montanari

Tuy vậy, hiện nay gỗ trong suốt vẫn chủ yếu dừng lại ở quy mô phòng thí nghiệm hoặc nguyên mẫu. Việc mở rộng sản xuất với chi phí hợp lý đòi hỏi những tiến bộ tiếp theo trong công nghệ chế tạo. Nhóm nghiên cứu KTH đang tiếp tục cải thiện độ trong suốt, thử nghiệm với nhiều loại gỗ khác nhau và phát triển các dạng vật liệu composite tương tự plywood.

Các hướng nghiên cứu chính hiện nay tập trung vào việc giảm độ mờ của các tấm vật liệu dày, đảm bảo độ bền đồng đều trên các panel kích thước lớn, tìm kiếm các polymer thân thiện môi trường hơn, đồng thời tăng cường các tính năng nhiệt và điện như cách nhiệt, điều hòa nhiệt độ và tích hợp năng lượng mặt trời.

Với tiềm năng rộng mở, gỗ trong suốt có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực: từ cửa sổ và mặt đứng tiết kiệm năng lượng, các hệ kết cấu truyền sáng chịu lực không dễ vỡ như kính, cho tới pin mặt trời bán trong suốt tích hợp vào kiến trúc và các bề mặt “gỗ thông minh” có khả năng điều chỉnh độ trong, màu sắc hoặc nhiệt độ. Khi các rào cản về sản xuất được tháo gỡ, vật liệu này được kỳ vọng sẽ sớm vượt ra khỏi phòng thí nghiệm, góp phần định hình lại cách kiến trúc khai thác ánh sáng, quản lý nhiệt và sử dụng vật liệu bền vững.

Biên dịch: Hoàng Anh | theo: parametric-architecture