I professori Yiqiang Wu e Caichao Wan, insieme al loro team della Central South University of Forestry and Technology (CSUFT), hanno aperto la strada a un materiale trasparente derivato dal bambù naturale. Questo materiale presenta una barriera ignifuga a tre strati, che riduce efficacemente il rilascio di calore, rallenta la diffusione della fiamma e limita l'emissione di sostanze volatili combustibili, fumo tossico e CO. I loro risultati sono stati documentati nella rivista Research .
Il vetro di silice, un materiale trasparente ampiamente utilizzato nel settore edile, ha visto una maggiore adozione come materiale da costruzione essenziale negli ultimi 50 anni. La sua versatilità si riflette nella produzione globale di vetro che raggiungerà circa 130 milioni di tonnellate nel 2020.
Secondo C. Wan, professore ordinario presso il College of Materials Science and Engineering della CSUFT e corrispondente autore dell'articolo, "Nonostante i suoi numerosi vantaggi come l'elevata trasparenza e la disponibilità di materie prime, il tradizionale vetro di silice è ancora alle prese con sfide tra cui fragilità, alta densità e sostanziale CO2 emissioni e gas serra durante il processo di produzione."
Negli ultimi anni, c'è stato un aumento di interesse per i prodotti in legno trasparenti, grazie alle loro straordinarie caratteristiche come elevata trasparenza, eccellente resistenza meccanica e proprietà di isolamento termico superiori.
Il legno trasparente non solo offre vantaggi ambientali, ma racchiude anche un enorme potenziale come valida alternativa ai tradizionali materiali in vetro.
Tuttavia, ci sono diverse limitazioni associate all’utilizzo del legno trasparente:a) la scarsità globale di legno, in particolare in Cina, rappresenta una sfida; nonostante gli sforzi volti ad aumentare la produzione attraverso le piantagioni, si prevede che nel 2050 la domanda di legname tondo industriale supererà l’offerta; b) l'uso di polimeri nel legno trasparente lo rende altamente suscettibile al fuoco, costituendo un potenziale pericolo; e c) è necessario migliorare ulteriormente le proprietà funzionali del legno trasparente oltre i suoi attributi ottici e meccanici di base.
"Il bambù, spesso definito come 'la seconda foresta', vanta un rapido tasso di crescita e rigenerazione, che gli consente di raggiungere la maturità e di essere utilizzato come materiale da costruzione entro quattro-sette anni di crescita", afferma Wan, "con una produzione di quattro volte superiore a quello del legno per acro, il bambù è riconosciuto per la sua eccezionale efficienza."
"In termini di composizione chimica, il bambù condivide somiglianze con il legno, costituito principalmente da lignina, cellulosa ed emicellulosa. Inoltre, la struttura gerarchica interna del bambù ricorda da vicino quella del legno, caratterizzata da elevata porosità e permeabilità a causa di canali verticali disposti in modo ordinato. Questo caratteristica suggerisce il potenziale utilizzo del bambù nella produzione di materiali compositi trasparenti", afferma Y. Yang, Ph.D. studente nel laboratorio di Wan e autore principale dello studio.
La soluzione del team è impregnare un silicato di sodio liquido inorganico (Na2 O·nSiO2 ) nella struttura di bambù delignificata utilizzando una tecnica di impregnazione sotto vuoto facile ed efficiente. Successivamente al prodotto intermedio viene applicato un trattamento idrofobo.
"Attraverso questa strategia, possiamo costruire una barriera ignifuga a tre strati comprendente uno strato superiore di silano, uno strato intermedio di SiO2 formato attraverso l'idrolisi-condensazione di Na2 SiO3 sulla superficie e uno strato interno di Na2 SiO3 )," dice Wan.
"Questa strategia consente di ottenere un lungo tempo di accensione di 116 s, un basso rilascio di calore totale di 0,7 MJ/m 2 , bassa produzione totale di fumo pari a 0,063 m 2 e una bassa concentrazione di picco di CO pari a 0,008 kg/kg."
I moduli di flessione e trazione del bambù trasparente raggiungono rispettivamente 7,6 ± 1,3 e 6,7 ± 1,1 GPa, dimostrando le sue eccellenti proprietà meccaniche.
Inoltre, se utilizzato come substrato per celle solari in perovskite, il bambù trasparente mostra il potenziale per agire come strato di gestione della luce grazie alla sua elevata trasmissione luminosa del 71,6% e un impressionante valore di nebbia del 96,7%, portando ad un netto miglioramento della 15,29% di efficienza di conversione della potenza.
I ricercatori sono entusiasti che questa scoperta apra le porte ad applicazioni di dispositivi ottici e vetri ignifughi ecologici. "Nella ricerca futura, ci concentreremo sulla fabbricazione su larga scala e sulla multifunzionalizzazione di questo bambù trasparente", aggiunge Wan.
Ulteriori informazioni: Jiahui Su et al, Un nuovo bambù trasparente ignifugo, elimina fumo e superidrofobo, Ricerca (2024). DOI:10.34133/ricerca.0317
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