Los profesores Yiqiang Wu y Caichao Wan, junto con su equipo de la Universidad Central Sur de Silvicultura y Tecnología (CSUFT), han sido pioneros en un material transparente derivado del bambú natural. Este material presenta una barrera ignífuga de tres capas, que reduce eficazmente la liberación de calor, ralentiza la propagación de las llamas y restringe la emisión de combustibles volátiles, humo tóxico y CO. Sus hallazgos se han documentado en la revista Research .
El vidrio de sílice, un material transparente ampliamente utilizado en la industria de la construcción, ha experimentado una mayor adopción como material de construcción esencial en los últimos 50 años. Su versatilidad se refleja en que la producción mundial de vidrio alcanzará aproximadamente 130 millones de toneladas en 2020.
Según C. Wan, profesor titular de la Facultad de Ciencia e Ingeniería de Materiales de CSUFT y autor correspondiente del artículo, "a pesar de sus numerosas ventajas, como la alta transparencia y la disponibilidad de materias primas, el vidrio de sílice tradicional todavía enfrenta desafíos". incluyendo fragilidad, alta densidad y cantidades sustanciales de CO2 emisiones y gases de efecto invernadero durante el proceso de fabricación."
En los últimos años, ha habido un gran interés en los productos de madera transparente, gracias a sus características notables como alta transparencia, excelente resistencia mecánica y propiedades superiores de aislamiento térmico.
La madera transparente no sólo ofrece beneficios ambientales sino que también tiene un enorme potencial como alternativa viable a los materiales de vidrio tradicionales.
Sin embargo, existen varias limitaciones asociadas con la utilización de madera transparente:a) la escasez mundial de madera, particularmente en China, plantea un desafío; a pesar de los esfuerzos por aumentar la producción a través de plantaciones, se proyecta que la demanda de madera en rollo industrial en 2050 superará la oferta; b) el uso de polímeros en la madera transparente la hace altamente susceptible al fuego, lo que representa un peligro potencial; yc) existe la necesidad de mejorar aún más las propiedades funcionales de la madera transparente más allá de sus atributos ópticos y mecánicos básicos.
"El bambú, a menudo denominado 'el segundo bosque', cuenta con una rápida tasa de crecimiento y regeneración, lo que le permite alcanzar la madurez y ser utilizado como material de construcción entre cuatro y siete años después de su crecimiento", dice Wan, "con una producción de cuatro veces mayor que la madera por acre, el bambú es reconocido por su eficiencia excepcional."
"En términos de composición química, el bambú comparte similitudes con la madera, compuesta principalmente de lignina, celulosa y hemicelulosa. Además, la estructura jerárquica interna del bambú se parece mucho a la de la madera, presentando una alta porosidad y permeabilidad debido a los canales verticales cuidadosamente dispuestos. característica sugiere el uso potencial del bambú en la producción de materiales compuestos transparentes", dice Y. Yang, Ph.D. estudiante en el laboratorio de Wan y autor principal del estudio.
La solución del equipo es impregnar un silicato de sodio líquido inorgánico (Na2 O·nSiO2 ) en la estructura de bambú deslignificada utilizando una técnica de impregnación al vacío fácil y eficiente. Posteriormente se aplica un tratamiento hidrofóbico al producto intermedio.
"A través de esta estrategia, podemos construir una barrera ignífuga de tres capas que comprende una capa superior de silano, una capa intermedia de SiO2 formado mediante hidrólisis-condensación de Na2 SiO3 en la superficie y una capa interna de Na2 SiO3 ),", dice Wan.
"Esta estrategia logra un tiempo de ignición prolongado de 116 s y una baja liberación de calor total de 0,7 MJ/m 2 , baja producción total de humo de 0,063 m 2 y una concentración máxima de CO baja de 0,008 kg/kg."
Los módulos de flexión y tracción del bambú transparente llegan a 7,6 ± 1,3 y 6,7 ± 1,1 GPa, respectivamente, lo que demuestra sus excelentes propiedades mecánicas.
Además, cuando se utiliza como sustrato para células solares de perovskita, el bambú transparente muestra el potencial de actuar como una capa de gestión de la luz debido a su alta transmitancia de luz del 71,6% y un impresionante valor de niebla del 96,7%, lo que lleva a una marcada mejora de 15,29% en eficiencia de conversión de energía.
Los investigadores están entusiasmados de que este descubrimiento abra la puerta a aplicaciones de dispositivos ópticos y vidrios ignífugos ecológicos. "En futuras investigaciones, nos centraremos en la fabricación a gran escala y la multifuncionalización de este bambú transparente", añade Wan.
Más información: Jiahui Su et al, Un nuevo bambú transparente superhidrófobo, retardante de llama y supresor de humo, Investigación (2024). DOI:10.34133/investigación.0317
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