En ny flammehæmmende, røg-undertrykkende og superhydrofob gennemsigtig bambus til fremtidige briller

Professorerne Yiqiang Wu og Caichao Wan har sammen med deres team fra Central South University of Forestry and Technology (CSUFT) været banebrydende for et gennemsigtigt materiale afledt af naturlig bambus. Dette materiale har en tre-lags flammehæmmende barriere, der effektivt reducerer varmeafgivelsen, bremser flammespredningen og begrænser emissionen af ​​brændbare flygtige stoffer, giftig røg og CO. Deres resultater er blevet dokumenteret i tidsskriftet Research .

Silicaglas, et udbredt gennemsigtigt materiale i byggeindustrien, har oplevet øget anvendelse som et væsentligt byggemateriale i løbet af de sidste 50 år. Dens alsidighed afspejles i, at den globale glasproduktion når op på cirka 130 millioner tons i 2020.

Ifølge C. Wan, fuld professor ved College of Materials Science and Engineering ved CSUFT og en tilsvarende forfatter af papiret, "På trods af dets adskillige fordele, såsom høj gennemsigtighed og tilgængeligheden af ​​råmaterialer, kæmper traditionelt silicaglas stadig med udfordringer herunder skørhed, høj densitet og betydelig CO₂ emissioner og drivhusgasser under fremstillingsprocessen."

I de senere år har der været en stigning i interessen for gennemsigtige træprodukter, takket være deres bemærkelsesværdige egenskaber som høj gennemsigtighed, fremragende mekanisk styrke og overlegne varmeisoleringsegenskaber.

Gennemsigtigt træ giver ikke kun miljømæssige fordele, men har også et enormt potentiale som et levedygtigt alternativ til traditionelle glasmaterialer.

Ikke desto mindre er der flere begrænsninger forbundet med brugen af ​​gennemsigtigt træ:a) Den globale træknaphed, især i Kina, udgør en udfordring; trods bestræbelser på at øge produktionen gennem plantager forventes det, at efterspørgslen efter industrielt rundtræ i 2050 vil overstige udbuddet; b) brugen af ​​polymerer i gennemsigtigt træ gør det meget modtageligt for brand, hvilket udgør en potentiel fare; og c) der er behov for yderligere at forbedre de funktionelle egenskaber af gennemsigtigt træ ud over dets grundlæggende optiske og mekaniske egenskaber.

"Bambus, der ofte omtales som 'den anden skov', kan prale af en hurtig vækst og regenereringshastighed, hvilket gør det muligt for den at nå modenhed og blive brugt som byggemateriale inden for fire til syv års vækst," siger Wan, "med en output på fire gange højere end træ pr. hektar, er bambus anerkendt for sin exceptionelle effektivitet."

"Med hensyn til kemisk sammensætning deler bambus ligheder med træ, hovedsageligt bestående af lignin, cellulose og hemicellulose. Ydermere ligner den interne hierarkiske struktur af bambus meget træs, med høj porøsitet og permeabilitet på grund af pænt arrangerede lodrette kanaler. Dette egenskab tyder på den potentielle brug af bambus i produktionen af ​​transparente kompositmaterialer," siger Y. Yang, Ph.D. studerende i Wans laboratorium og hovedforfatter af studiet.

Teamets løsning er at imprægnere et uorganisk flydende natriumsilicat (Na₂ O·nSiO₂ ) ind i den delignificerede bambusstruktur ved hjælp af en let og effektiv vakuumimprægneringsteknik. Efterfølgende påføres en hydrofob behandling på mellemproduktet.

"Gennem denne strategi kan vi bygge en tre-lags flammehæmmende barriere bestående af et topsilanlag, et mellemlag af SiO₂ dannet ved hydrolyse-kondensation af Na₂ SiO₃ på overfladen og et indre lag af Na₂ SiO₃ )," siger Wan.

"Denne strategi opnår en lang tændingstid på 116 s, lav total varmeafgivelse på 0,7 MJ/m ² , lav total røgproduktion på 0,063 m ² , og lav peak CO-koncentration på 0,008 kg/kg."

Bøjnings- og trækmodulerne for den gennemsigtige bambus er så høje som henholdsvis 7,6 ± 1,3 og 6,7 ± 1,1 GPa, hvilket viser dens fremragende mekaniske egenskaber.

Når den gennemsigtige bambus bruges som et substrat for perovskit-solceller, viser den desuden potentialet til at fungere som et lysstyringslag på grund af dets høje lystransmittans på 71,6 % og en imponerende tågeværdi på 96,7 %, hvilket fører til en markant forbedring af 15,29 % i effektkonverteringseffektivitet.

Forskerne er begejstrede for, at denne opdagelse åbner døren for grønt flammehæmmende glas og optiske enheder. "I den fremtidige forskning vil vi fokusere på storstilet fremstilling og multifunktionalisering af denne gennemsigtige bambus," tilføjer Wan.

Flere oplysninger: Jiahui Su et al., A Novel Flame-Retardant, Smoke-Suppressing, and Superhydrophobic Transparent Bamboo, Forskning (2024). DOI:10.34133/research.0317

Journaloplysninger: Forskning

Leveret af Research