GỖ TRONG SUỐT – VẬT LIỆU TƯƠNG LAI THAY THẾ KÍNH TRONG KIẾN TRÚC XANH

Gỗ trong suốt ( Transparent wood ) là gì?

TW là composite gỗ–polymer: giữ nguyên vi cấu trúc mạch – tế bào của gỗ; thông qua giảm/biến đổi lignin và thấm polymer có chiết suất phù hợp vào lòng tế bào, vật liệu trở nên trong suốt (transmittance cao) đồng thời haze lớn để cho ánh sáng dịu, đồng đều. Các bài tổng quan nền tảng (Royal Society 2018; Cellulose 2023) mô tả chi tiết cách thành phần gỗ, hướng thớ, mức xử lý lignin và loại polymer ảnh hưởng tới đặc tính quang – nhiệt – cơ – lão hóa quang. [2]

Quá trình hình thành gỗ trong suốt

Để thiết kế một vật liệu gỗ trong suốt mới, bằng cách khai thác chính cấu trúc tự nhiên của gỗ: [3]
         - Tính chu kỳ ( Periodicity )  – các vòng năm (vòng sinh trưởng) lặp lại đều đặn;
         - Tính dị hướng ( Anisotropy  – các ống dẫn/sợi chạy thẳng hàng theo thớ gỗ.

Kết hợp hai đặc điểm này trong quá trình làm gỗ trong suốt sẽ tạo ra những tính chất quang–cơ độc đáo.

Phương pháp tạo ra gỗ trong suốt

 Khử/giảm lignin + thấm polymer (delignification). Xử lý NaClO₂/axit nhẹ loại bỏ phần lignin gây màu → rửa – sấy – thấm epoxy/PMMA → T≈80%, haze≈93%, k≈0,24 W/m·K. Nghiên cứu Nature Communications 2020 cũng cho thấy có thể gia công tấm lớn 320 × 170 × 0,6 mm chỉ trong ~24 giờ thấm nhựa, cho thấy tính mở rộng quy mô. [3]

Vì sao có thể thay thế kính trong kiến trúc xanh?

1) Quang học – đủ sáng nhưng “không lóa”

• Tương đương kính về lượng sáng đi qua: TW đạt T≈80% @ 600 nm (Nature Comms 2020). [3]
• Giảm lóa – tăng đồng đều độ rọi: haze≈93% giúp ánh sáng khuếch tán, hạn chế điểm chói trực tiếp—lợi cho văn phòng/trường học.

2) Nhiệt – truyền nhiệt thấp hơn kính

• Hệ số dẫn nhiệt của TW ~0,24 W/m·K (Nature Comms 2020) thấp hơn kính nổi ~0,9–1,0 W/m·K (NGA—tài liệu kính soda‑lime). Điều này gợi ý giảm tổn thất nhiệt mùa lạnh và giảm tải làm mát so với cửa kính đơn. [3]  
• Mô hình nhà mẫu: thay trần kính đơn bằng tấm TW dày 6 mm cho ΔT trong nhà tăng ~+2,43 °C (cùng công suất sưởi), phản ánh R‑value hệ mái lớn hơn. Với tấm 2 mm, ΔT ~+0,81 °C.

3) Cơ học & an toàn người dùng

• TW thể hiện độ bền kéo ~92 MPa và độ dai ~2,73 MJ/m³—không vỡ vụn như kính khi hư hỏng (tough failure), tăng an toàn sử dụng.

4) An toàn cháy & bền ngoài trời

• TW/MF (melamine‑formaldehyde): quy trình “xanh”, quy mô được, tự tắt lửa và Transmittance ~74% (1,2 mm); tốc độ phát triển cháy  50% so với gỗ nguyên.
• TW/PEAG (phosphate‑ester–PEG): T tới ~93%, haze ~98% đồng thời nâng các chỉ tiêu chống cháy, chứng minh khả năng kiến trúc hóa. [4]
• Kháng ẩm/UV: biến thể hydrophobic TW đạt góc tiếp xúc ~130° và T~90% sau phủ PDMS—thân thiện khí hậu nóng ẩm

Ứng dụng của gỗ trong suốt thay kính trong kiến trúc xanh

Cửa sổ, mái kính, giếng trời & lam l  ấy sáng khuếch tán (anti-glare)

• TW truyền sáng cao (≈80–90%) nhưng có haze lớn → ánh sáng tỏa đều, giảm chói và tạo độ rọi đồng đều hơn so với kính; thích hợp cho giếng trời, trần/mái lấy sáng trong bảo tàng, thư viện, văn phòng.
• Tính cách nhiệt tốt hơn kính (λ ~0,19–0,24 W·m⁻¹·K⁻¹ so với kính ~1 W·m⁻¹·K⁻¹) giúp giảm thất thoát nhiệt qua kết cấu lấy sáng/mặt dựng.

Hệ kính mặt dựng/bao che tiết kiệm năng lượng

• Khi dùng như cửa sổ 2 lớp, mô phỏng năng lượng cho 16 thành phố lạnh ở Mỹ cho thấy tiết kiệm trung bình 38 MJ·m⁻²/năm (nhà cũ) và 23 MJ·m⁻²/năm (nhà mới) so với thông số cửa kính DOE, nhờ hệ số truyền nhiệt thấp và vẫn giữ được bức xạ mặt trời có lợi vào mùa đông. [5]

 Tấm nền cho PV/solar window & quang điện bán trong suốt

 TW dùng làm substrate cho pin perovskite bán trong suốt hoặc tích hợp mô-đun PV cạnh mép nhờ tính dẫn sáng–khuếch tán, mở hướng cửa sổ phát điện vừa lấy sáng vừa thu năng lượng. [6]

Nguồn

[1] National Glass Association, “Physical and Mechanical Properties of Typical Soda‑Lime Float Glass,” 2023.  [Online]. Available:https://www.glass.org/sites/default/files/202307/FM0512_2023_Physical_Mechanical_Properties_Typical_Soda_Lime_Float_Glass.pdf

[2] X. Song et al., “Engineered transparent wood composites: a review,” Cellulose,2023. [Online].Available: https://link.springer.com/article/10.1007/s10570-023-05239-z

[3] R. Mi et al., “Scalable aesthetic transparent wood for energy‑efficient buildings,” Nature Communications, vol. 11, 3836, 2020. [Online].Available: https://www.nature.com/articles/s41467-020-17513-w.pdf

[4] J. Liu et al., “Highly fire‑retardant optical wood enabled by PEAG coating,” Int. J. Minerals, Metallurgy and Materials, 29, 2022. [Online].Available: https://link.springer.com/article/10.1007/s42114-022-00440-3

[5] R. Mi, T. Li, D. Dalgo, C. Chen, Y. Kuang, S. He, X. Zhao, W. Xie, W. Gan, J. Zhu, J. Srebric, R. Yang, and L. Hu, “A Clear, Strong, and Thermally Insulated Transparent Wood for Energy Efficient Windows,” Advanced Functional Materials, vol. 30, p. 1907511, 2020. [Online].Available: https://www.fpl.fs.usda.gov/documnts/pdf2020/fpl_2020_mi001.pdf

[6] Y. Li, M. Cheng, E. Jungstedt, B. Xu, L. Sun, and L. Berglund, “Optically Transparent Wood Substrate for Perovskite Solar Cells,” ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 2019. [Online].Available: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssuschemeng.8b06248

• Share
• Facebook
• twitter
• linkedin
• pinterest