آیا میدانید؛ فناوری نانو چوب را به عایق تبدیل می کند؟!

به گزارش گروه فضای مجازی ، آزمایشگاه تحقیقاتی دانشگاه "مریلند" در راستای ساخت یک عایق کارآمد، نوع جدیدی از مواد را ایجاد کرده است که می‌تواند به عنوان یک عایق ارزانتر، قدرتمندتر و سازگارتر با محیط‌زیست استفاده شود.

محققان آن را نانوچوب نامیده‌اند و نسبت به استایروفوم و آلیاژهای سیلیسی عایق بهتری است.

"تیان لی"، یکی از محققان این پروژه گفت: این نانوچوب می‌تواند بهتر از بسیاری دیگر از عایق‌های حرارتی فعلی، از جمله استایروفوم عایق‌بندی کند. بسیار امیدوار کننده است که به عنوان مصالح ساختمانی کارآمد از لحاظ مصرف انرژی مورد استفاده قرار گیرد.

محققان برای ساخت این مواد، دو جزء طبیعی چوب یعنی "لیگنین" که آن را قهوه‌ای و سفت و سخت می‌کند و "همی‌سلولز"(hemicellulose) را از چوب گرفتند.

لیگنین یک پلیمر پیچیده ساخته شده از واحدهای مولکولی فنیل‌پروپان است که به شکل آمورف و مخلوط با هولوسلولز در نباتات بصورت لایه‌ای دور سلولز را فرا گرفته است. بعد از سلولز لیگنین رایج‌ترین ترکیب در ساختار گیاهان چوبی و غیرچوبی است. چوب خشک حاوی حدود ۲۵ درصد لیگنین است که در دیواره سلولی و در قسمت خارجی سلول قرار گرفته است.

لیگنین به‌ عنوان یک اتصال دهنده دیواره سلولی عمل می‌کند و فیبرهای سلولی حاوی ماتریکس را برای استحکام ساختار چوب به هم متصل می‌نماید. منابع لیگنین فراوان هستند و غالبا هم غیرقابل مصرف‌اند.

چوب و پوست درختان که از صنایع الواری به‌ جای می‌مانند و همچنین فضولات کشاورزی، می‌توانند مقدار بسیار زیادی لیگنین به جا بگذارند. منبع کوچک‌تر ولی در دسترس‌تر لیگنین، خمیر کاغذ و صنایع چوب است که ذخیره زیادی برای لیگنین است.

محتویات لیگنین در گونه‌های مختلف چوب از یک درخت به درخت دیگر و حتی در یک منطقه از یک درخت نسبت به منطقه دیگر از همان درخت متفاوت است. لیگنین یک پلیمر با وزن مولکولی بیشتر از 10 هزار در درختان کاج و احتمالا کمتر از 5000 در درختان برگ‌ریز می‌باشد که سه منومر اصلی آن کونیفریل الکل، ایزواوژنول و سیرنژیل الکل می‌باشند.

همی‌سلولز نیز هرگونه "بسپار" ناهمگنی است که به همراه سلولز در دیواره یاخته گیاهان حضور دارد. در حالی که سلولز بلوری، قوی و مقاوم در برابر آب‌کافت است، همی‌سلولز، ساختار بی‌شکل و تصادفی با استحکام کمی دارد که به راحتی توسط اسید رقیق و همچنین آنزیم‌های بی‌شماری آب‌کافت می‌شود.

همچنین همی‌سلولز بر خلاف سلولز دارای زنجیره‌های کوتاه‌تری (۵۰۰ تا ۳۰۰۰ در مقایسه با ۷۰۰۰ تا ۱۵۰۰۰ واحد سلولز) است که دارای شاخه هستند. در ساختار دیواره یاخته در گیاهان همی‌سلولز توسط پکتین به سلولوز متصل می‌شود که سبب ایجاد الیاف‌های مرتبط متقابلی می‌شوند.

این کار موجب سفید شدن چوب شد و آن را تبدیل به عایق گرما کرد. ساختارهای لوله‌ای درون یک درخت که آب و مواد مغذی را حمل می‌کنند، در یک جهت حرکت می‌کنند و گرما می‌تواند در این کانال‌ها جابجا شود. اما گرما در این کانال‌ها به دلیل جدا کردن"لیگنین" و "همی‌سلولز" نمی‌تواند به خوبی جابجا شود، چرا که سبب ایجاد بسیاری از شکاف‌ها در چوب می‌شود.

نانوچوب علاوه بر عایق‌سازی مؤثرتر از مواد رایج کنونی از قبیل استایروفوم، قوی‌تر نیز هست و باعث ایجاد تحریکات ریه نخواهد شد. تیم تحقیقاتی همچنین می‌گوید که می‌توان آن را به قیمت پایین 7.44 دلار در ازای هر متر مربع عرضه کرد و می‌توان آن را با ضخامت کمتر از یک میلیمتر و زیست تخریب‌پذیر ساخت. بنابراین به زباله‌های مواد عایق تبدیل نمی‌شود.

"لیانگ‌بینگ هو"، استاد دانشکده علوم و مهندسی مواد در دانشگاه مریلند و سرپرست این پروژه در بیانیه‌ای گفت: برنامه تحقیقاتی من با استفاده از فناوری نانو طبیعی که در چوب دیده می‌شود، آزمایش می‌شود. ما راه‌هایی برای استفاده از چوب را کشف می‌کنیم که می‌تواند در ساخت خانه‌های کارآمد از لحاظ مصرف انرژی و سازگاری با محیط‌زیست مفید باشد.

منبع: ایسنا