ابتكر المهندسون خشبًا شفافًا ينظم الضوء نفسه

قدم مهندسون من كوريا الجنوبية مادة بناء غير عادية – خشب شفاف يمكنه تنظيم الضوء بشكل مستقل والحماية من الأشعة فوق البنفسجية والاحتفاظ بالحرارة. والفرق الرئيسي بين التطوير هو أنه يعمل بدون كهرباء أو أجهزة استشعار أو أنظمة تحكم، تتفاعل فقط مع التغيرات في درجة الحرارة المحيطة. ونشرت الدراسة في المجلة المركبات المتقدمة والمواد الهجينة.

وعمل في المشروع متخصصون من جامعة هانبات الوطنية وجامعة غونغجو الوطنية. تعتمد المادة على خشب البلسا المعدل، الذي يحتوي هيكله على بلورات سائلة مشتتة من البوليمر. إنهم مسؤولون عن السلوك “الذكي” للنافذة.

كيف يعمل التحكم في درجة الحرارة؟

على عكس الزجاج “الذكي” التقليدي، الذي يخفت أو يضيء بأمر من الإلكترونيات، تعمل النافذة الخشبية بشكل سلبي. في درجات الحرارة المنخفضة، يظل أكثر لمعانًا، وينشر الضوء. مع ارتفاع درجة حرارة المادة، تصبح أكثر شفافية.

في الاختبارات المعملية في درجة حرارة الغرفة، سمحت النافذة بذلك 28% الضوء المرئي. عند تسخينه إلى 40 درجة مئوية، يزداد انتقال الضوء إلى 78% عند طول موجي يبلغ 550 نانومترًا – في النطاق الأكثر حساسية للعين البشرية. ببساطة، في الطقس الدافئ، تتلقى الغرفة المزيد من الضوء الطبيعي دون وهج مسبب للعمى.

ويفسر هذا التأثير بالتغير في اتجاه البلورات السائلة داخل البوليمر. تشبه هذه العملية كيف يصبح الزجاج الضبابي شفافًا عند تسخينه، ولكن هنا يتم التحكم فيه بدقة ويمكن عكسه.

حماية كاملة من الأشعة فوق البنفسجية

بالإضافة إلى تنظيم الضوء، تحجب المادة الأشعة فوق البنفسجية بشكل كامل تقريبًا. وفقًا للباحثين، تحجب النافذة ما يصل إلى 100٪ من الأشعة فوق البنفسجية. ويتم تحقيق ذلك من خلال ما يسمى بتأثير التجميع J، وهو ترتيب جزيئي خاص يتم فيه امتصاص الضوء فوق البنفسجي دون تقليل الشفافية المرئية بشكل ملحوظ.

هذه الحماية مهمة ليس فقط لجلد الإنسان، ولكن أيضًا للأثاث والمنسوجات وغيرها من العناصر الداخلية التي تتلاشى مع مرور الوقت تحت تأثير الشمس.

العزل الحراري أفضل من الزجاج

ميزة أخرى للخشب الشفاف هي خصائص العزل الحراري. تبلغ الموصلية الحرارية للمادة 0.197 واط لكل متر مكعب. وللمقارنة، فإن هذا الرقم أعلى بخمس مرات تقريبًا بالنسبة لزجاج النوافذ العادي.

“مع موصلية حرارية تبلغ 0.197 واط·م⁻¹·ك⁻¹، يتمتع المركب الحيوي الجديد الخاص بنا بخصائص عزل حراري أفضل بخمس مرات تقريبًا من الزجاج التقليدي، مما يبطئ بشكل كبير فقدان الحرارة أو اكتسابها في المباني”، يوضح الدكتور جين كيم من جامعة هانبات الوطنية.

وهذا يعني انخفاض تكاليف التدفئة في الشتاء وانخفاض تكاليف التبريد في الصيف، خاصة في المباني ذات المساحات الزجاجية الكبيرة.

الخصوصية والتطبيقات الجديدة

تحل هذه المادة أيضًا مشكلة نموذجية تتعلق بالنوافذ الزجاجية – وهي قلة الخصوصية في الليل. في الظروف الباردة، تعمل النافذة الخشبية على توزيع الضوء بشكل أكبر، مما يجعل الجزء الداخلي أقل وضوحًا من الخارج عندما تكون الأضواء مضاءة.

يقول كيم: “إن ابتكارنا هو بديل صديق للبيئة للزجاج يوفر الخصوصية في الليل والضوء الطبيعي أثناء النهار، مع تقليل تكاليف الطاقة لأنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء”.

يرى المطورون أن التكنولوجيا تُستخدم ليس فقط في البناء. في الزراعة، يُقترح استخدامه في البيوت الزجاجية، حيث يمكن للمادة حماية النباتات تلقائيًا من الحرارة الزائدة وحروق الشمس. وفي الطب، يعتبر الخشب الشفاف أساسًا للبقع الجلدية، التي تصبح شفافة عندما ترتفع درجة حرارة الجسم فوق 38 درجة مئوية، مما يشير إلى حمى محتملة بدون إلكترونيات أو بطاريات.