นักวิทยาศาสตร์สร้างไม้โปร่งใส วัสดุที่อาจมาแทนที่พลาสติกในอนาคต

เมื่อประมาณ 30 ปีที่แล้ว นักพฤกษศาสตร์ชาวเยอรมนี ซิกฟรีด ฟิงค์ (Siegfried Fink) มีความต้องการง่าย ๆ คือการได้เห็นกระบวนการทำงานภายในลำต้นต้นไม้ โดยไม่ต้องผ่าลำต้น ดังนั้นเขาจึงฟอกสีต้นไม้และทำให้มันโปร่งใส ซึ่งได้ตีพิมพ์เทคนิคการฟอกสีนี้เมื่อปี 1992 และในปัจจุบัน นักวิทยาศาสตร์ชื่อลาร์ส เบิร์กลันด์ (Lars Berglund) ลาร์ส เบิร์กลันด์ นักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุจากประเทศสวีเดน สนใจเทคนิคนี้ และกำลังพัฒนานวัตกรรมไม้ใส ซึ่งอาจเข้ามามีบทบาทสำคัญในอนาคต

ไม่ใช่เบิร์กลันด์เพียงคนเดียว ที่สนใจสร้างไม้ไปเป็นวัสดุชนิดใหม่เพื่อทดแทนพลาสติก แต่มีนักวิจัยหลายกลุ่ม เช่น นักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุจากมหาวิทยาลัยแมรีแลนด์ ที่พัฒนาด้านนี้เช่นกัน และหลังจากทดลองและพัฒนามานานหลายปี ตอนนี้พวกเขาสามารถสร้างไม้โปร่งใส ซึ่งเร็ว ๆ นี้อาจสามารถนำไปใช้เป็นหน้าจอสมาร์ตโฟน เป็นโคมไฟ หรือใช้ในโครงสร้างที่แข็งแกร่งอย่างหน้าต่างได้

ฉีเหลียง ฟู่ (Qiliang Fu) นักนาโนเทคโนโลยีด้านไม้จากมหาวิทยาลัยหนานจิงฟอเรสทรี (Nanjing Forestry) ในประเทศจีน ซึ่งสมัยเป็นนักศึกษาเขาเคยทำงานในห้องทดลองของเบิร์กลันด์ชี้ว่าเขาเชื่อว่าวัสดุชนิดนี้จะมีอนาคตที่สดใสอย่างแน่นอน

วิธีการที่นักวิทยาศาสตร์ทำให้ไม้โปร่งใส ขั้นตอนแรกก็คือเมื่อตัดไม้มาแล้ว ก็จะต้องมีการนำลิกนินออกจากเซลล์ไม้ ซึ่งลิกนินเป็นตัวที่ทำให้ลำต้นและกิ่งก้านต้นไม้มีสีน้ำตาล ผลลัพธ์ที่ได้คือชิ้นส่วนไม้ที่เป็นสีขาวนวล เหตุที่เป็นสีขาวนวลเพราะ "ผนังเซลล์ของพืช" กับ "อากาศ" ที่อยู่ในช่องว่างนั้นมีค่าดัชนีการหักเหของแสงที่แตกต่างกัน ทำให้แสงบิดเบี้ยวและกระเจิงจนไม่สามารถผ่านได้ 

ขั้นตอนต่อไปคือการทำให้ชิ้นส่วนไม้สีขาวนวลนี้โปร่งใสโดยการเติมสาร เช่น อีพอกซีเรซินลงไป ซึ่งอีพอกซีเรซินมีดัชนีการหักเหของแสงใกล้เคียงกับผนังเซลล์ ทำให้มันเปลี่ยนแปลงดัชนีการหักเหของแสงในช่องอากาศ เป็นผลให้ดัชนีการหักเหของแสงระหว่างช่องกากาศกับผนังเซลล์มีความสอดคล้องกันมากขึ้น ช่วยให้แสงเดินทางผ่านวัสดุได้สม่ำเสมอมากขึ้น ซึ่งนั่นแปลว่ามีความโปร่งแสงมากขึ้นนั่นเอง

ทั้งนี้เซลล์พืชถือเป็นโครงสร้างที่แข็งแรงโดยธรรมชาติ ดังนั้นแม้วัสดุใหม่นี้จะมีความหนาน้อยกว่า 1 มิลลิเมตร - 1 เซนติเมตร แต่ก็ยังแข็งแรงมาก เหลี่ยงปิง หู (Liangbing Hu) นักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุ ซึ่งเป็นผู้นำทีมวิจัยที่ทำงานเกี่ยวกับไม้โปร่งใสในมหาวิทยาลัยแมรีแลนด์บอกว่า เส้นใยไม้เล็ก ๆ มีคุณสมบัติแข็งแรงกว่าเส้นใยคาร์บอนที่ดีที่สุด และเมื่อเติมเรซินเข้าไป ไม้โปร่งใสก็มีประสิทธิภาพเหนือกว่าพลาสติกและแก้ว

นักวิทยาศาสตร์ได้นำไม้โปร่งใสไปทดสอบความแข็งแรงเทียบกับพลาสติกและแก้ว พบว่า ไม้โปร่งใสแข็งแรงกว่าพลาสติกอย่าง เพล็กซี่กลาส (Plexiglass) ประมาณ 3 เท่า และแข็งแรงกว่าแก้วประมาณ 10 เท่า

นอกจากนี้งานวิจัยของโปรดิวซ์ ดาร์ (Prodyut Dhar) วิศวกรชีวเคมีจากสถาบันเทคโนโลยีพาราณสีแห่งอินเดีย (Indian Institute of Technology Varanasi) ที่ได้นำไม้เนื้อใสไปใช้เชิงสถาปัตยกรรม พบว่าไม้ใสเป็นฉนวนได้ดีกว่ากระจกมาก จึงสามารถช่วยให้อาคารกักเก็บความร้อนหรือกันความร้อนได้

แต่ทั้งนี้ไม้โปร่งใสอาจจะมีความมัวกว่าพลาสติกหรือแก้วอยู่บ้างเพราะมันกระจายแสงได้มากกว่า โดยเบิร์กลันด์พบว่า ไม้เนื้อใสที่บางน้อยกว่า 1 มิลลิเมตร สามารถปล่อยแสงผ่านได้ประมาณ 80 - 90 % และยิ่งหนาขึ้น แสงก็จะยิ่งผ่านได้น้อยลง การทดลองพบว่าหากไม้ใสหนาประมาณ 3.7 มิลลิเมตร แสงจะผ่านได้ประมาณ 40% เท่านั้น

แต่อย่างไรมันก็ถือว่าเป็นวัสดุที่น่าสนใจ เพราะคุณสมบัติที่มีความแข็งแกร่งและเป็นฉนวนได้ดี ดังนั้นในอนาคต มันอาจถูกพัฒนาเพิ่มเติม และหยิบไปใช้ในอุตสาหกรรมต่าง ๆ ได้อย่างเหมาะสม ซึ่งก็คงต้องติดตามกันต่อไป

ที่มาข้อมูล Knowablemagazine

ที่มารูปภาพ Creativecommons