ПОПУЛЯРНЫЕ НАНОТЕХНОЛОГИИ

Кадры

Фотогалерея

Новости

Ученые заставили дерево сиять / 19.11.2020

 

Новозеландские и швейцарские ученые превратили древесину в люминесцентный материал.

 

Ученые растворили содержащийся в древесине лигнин, заменили его на раствор люминесцентных квантовых точек, а сверху покрыли материал гидрофобным полимерным покрытием. Получились гибкие и прочные пленки, которые могут светиться разными цветами. Результаты исследования опубликованы в журнале ACS Nano.

 

Древесина —  природный композитный материал, состоящий из целлюлозных волокон и полимера лигнина. Волокна целлюлозы в дереве расположены упорядоченно — мелкие волокна объединяются в более крупные полые структуры — это не только делает дерево более прочным, но и открывает пути для модификациии этого материала.

 

Цилиан Фу (Qiliang Fu) вместе со своими коллегами из Новозеландского научно-исследовательского института леса уже разработали на основе дерева гибкий материал для электроники. Ученые растворили входящий в состав древесины лигнин и заменили его на полимерные проводящие чернила — они состояли из модифицированного лигнина, пептидов и воды. В результате дерево превратилось в прозрачный проводящий материал. В своей новом исследовании ученые объединились со швейцарскими материаловедами под руководством Инго Бюргерта (Ingo Burgert), чтобы сделать древесину люминесцентной.

 

За основу нового материала взяли легкую и прочную древесину бальзового дерева (Ochroma pyramidal). Деревянные пластинки размером пятьдесят на двадцать пять миллиметров и толщиной один миллиметр последовательно опускали в растворы сульфита и гидроксида натрия, чтобы растворить лигнин. Освобожденные от лигнина деревянные пленки пропитывали раствором люминесцентных квантовых точек — наночастиц сульфида кадмия CdS в оболочке из сульфида цинка ZnS. После этого древесину прессовали, сушили и покрывали защитным слоем гексадецилтриметоксисилана.

 

В результате получился гибкий полупрозрачный (после растворение лигнина прозрачность для излучения с длиной волны 550 нанометров была 81 процент, добавление квантовых точек снизило ее до 70 процентов) материал. При возбуждении УФ-светом материал начинал люминесцировать — используя разные квантовые точки, ученые сумели добиться зеленого (длина волны 550 нанометров), оранжевого (длина волны 585 нанометров) и малинового (длина волны 645 нанометров) свечения. Замена лигнина на квантовые точки снизила прочность материала — например, прочность на растяжение у немодифицированного дерева была 394 мегапаскалей, а люминесцентного дерева — 292 мегапаскалей. Тем не менее это все еще выше, чем прочность целлюлозных материалов, созданных искусственно, — по всей видимости из-за высокой степени упорядоченности целлюлозных волокон в древесине. Ученые отметили, что пропитка гексадецилтриметоксисиланом заметно повысила гидрофобность материала — контактный угол смачивания у модифицированной древесины был 140 градусов, в то время как у немодифицированного дерева — всего 36 градусов. Это предотвращает впитывание атмосферной влаги и вымывание квантовых точек, а также делает материал более стабильным.

  

Технология производства нового материала проста, и ее можно будет осуществить с помощью прокатной технологии на уже существующих заводах про производству бумаги. В дальнейшем Фу и его коллеги планируют заменить квантовые точки CdS/ZnS на другие нетоксичные люминесцентные соединения Ученые надеются, что такая замена не только облегчит переработку люминесцентного дерева после использования, но и сделает материал дешевле. Пока что новый материал планируют применять в декоративных целях — для изготовления люминесцентных фасадов зданий, потолочных световых панелей и даже светящейся мебели. Однако, ученые не исключают, что в дальнейшем материалы на основе люминесцентной древесины найдут применение в фотонике, лазерной технологии и других областях оптики.

 

В новом композите за свечение отвечают квантовые точки, а древесные волокна служат всего лишь основной материала. Однако, возможно, что скоро появятся деревья, способные светиться сами по себе. Сотрудники Института биоорганической химии РАН получили светящиеся растения табака, вставив в геном табака Nicotiana tabacum гены, которые кодируют ферменты синтеза люциферина у люминесцирующих грибов. Один из соавторов этой работы Илья Ямпольский рассказал N + 1, что вырастить светящееся дерево будет труднее, но тоже возможно. – пишет nplus1 .


Другие новости по теме:
05.12.20 - Вода с водой не смешивается: доказано эмпирически
04.12.20 - Антенны из серебряных наночастиц
28.11.20 - Дисплей телефона на основе перовскита
09.11.20 - Две тысячи градусов по Цельсию
08.11.20 - Концепция химического пространства: предсказание свойств вещества
TOP100 самых популярных
новостей
за месяц
Место Наименование Показов
1

Американские «Левши» изобрели новый способ создания микророботов

  Ученые из Университета Пенсильвании представили дешевый метод производства одноразовых роботов. Их функционал практически не отличается от полноценных аналогов. Исследователи объяснили, что

18
2

Самолет плюс коптер

Аппарат вооружён поворотными крыльями, собранными в коробку, на которых расположено восемь электродвигателей. Вертикальные взлёт и посадка осуществляются в режиме «коптера», тогда как в

15
3

АОА - шаблон для получения многослойных коаксиальных структур

Анодированный оксид алюминия является очень привлекательным шаблоном для производства разного рода сенсоров и батарей благодаря своей пористой структуре Анодированный оксид алюминия (АОА) {Прим. ред.

12
4

Коллайдер вновь готов к запуску

Почти три месяца на Большом адронном коллайдере шли ремонтные работы, и сейчас ускоритель вновь готов к запуску. Это редкий момент, когда детекторы не излучают радиацию и спуститься к ним можно без ри

8
5

В расплаве металлов обнаружили термоэлектрические потоки

Ученые впервые на практике обнаружили возникновение в расплаве металла так называемых термоэлектрических магнитогидродинамических (thermoelectric magnetohydrodynamic - TEMHD) потоков. По словам ученых

8

Анонсы событий