Um novo bambu transparente retardador de chama, supressor de fumaça e superhidrofóbico para futuros óculos

Pesquisadores desenvolveram um novo bambu transparente, retardador de chamas, supressor de fumaça e superhidrofóbico, considerado um substituto promissor para o vidro de sílica. Crédito:Pesquisa

Os professores Yiqiang Wu e Caichao Wan, juntamente com sua equipe da Universidade Central Sul de Silvicultura e Tecnologia (CSUFT), foram os pioneiros em um material transparente derivado de bambu natural. Este material apresenta uma barreira retardante de chama de três camadas, reduzindo efetivamente a liberação de calor, retardando a propagação da chama e restringindo a emissão de voláteis combustíveis, fumaça tóxica e CO. Suas descobertas foram documentadas na revista Research .

O vidro de sílica, um material transparente amplamente utilizado na indústria da construção, tem sido cada vez mais adotado como material de construção essencial nos últimos 50 anos. Sua versatilidade se reflete na produção global de vidro atingindo aproximadamente 130 milhões de toneladas em 2020.

De acordo com C. Wan, professor titular da Faculdade de Ciência e Engenharia de Materiais da CSUFT e autor correspondente do artigo, "Apesar de suas inúmeras vantagens, como alta transparência e disponibilidade de matérias-primas, o vidro de sílica tradicional ainda enfrenta desafios incluindo fragilidade, alta densidade e CO₂ substancial emissões e gases de efeito estufa durante o processo de fabricação."

Nos últimos anos, tem havido um aumento de interesse em produtos de madeira transparente, graças às suas características notáveis como alta transparência, excelente resistência mecânica e propriedades superiores de isolamento térmico.

A madeira transparente não só oferece benefícios ambientais, mas também possui um enorme potencial como alternativa viável aos materiais de vidro tradicionais.

No entanto, existem várias limitações associadas à utilização de madeira transparente:a) a escassez global de madeira, particularmente na China, representa um desafio; apesar dos esforços para aumentar a produção através de plantações, prevê-se que a procura de madeira industrial em tora em 2050 excederá a oferta; b) o uso de polímeros em madeira transparente torna-a altamente suscetível ao fogo, representando potencial perigo; e c) existe a necessidade de melhorar ainda mais as propriedades funcionais da madeira transparente para além dos seus atributos ópticos e mecânicos básicos.

"O bambu, muitas vezes referido como 'a segunda floresta', apresenta uma rápida taxa de crescimento e regeneração, permitindo-lhe atingir a maturidade e ser utilizado como material de construção dentro de quatro a sete anos de crescimento", diz Wan, "com uma produção de quatro vezes maior que a madeira por acre, o bambu é reconhecido por sua eficiência excepcional."

“Em termos de composição química, o bambu compartilha semelhanças com a madeira, composta principalmente de lignina, celulose e hemicelulose. Além disso, a estrutura hierárquica interna do bambu se assemelha muito à da madeira, apresentando alta porosidade e permeabilidade devido aos canais verticais bem organizados. característica sugere o uso potencial do bambu na produção de materiais compósitos transparentes", diz Y. Yang, Ph.D. estudante do laboratório de Wan e principal autor do estudo.

A solução da equipe é impregnar um silicato de sódio líquido inorgânico (Na₂ O·nSiO₂ ) na estrutura de bambu deslignificada usando uma técnica de impregnação a vácuo fácil e eficiente. Posteriormente, um tratamento hidrofóbico é aplicado ao produto intermediário.

"Através desta estratégia, podemos construir uma barreira retardadora de chama de três camadas compreendendo uma camada superior de silano, uma camada intermediária de SiO₂ formado por hidrólise-condensação de Na₂ SiO₃ na superfície, e uma camada interna de Na₂ SiO₃ )", diz Wan.

"Esta estratégia atinge um longo tempo de ignição de 116 s, baixa liberação de calor total de 0,7 MJ/m² , baixa produção total de fumaça de 0,063 m² , e baixo pico de concentração de CO de 0,008 kg/kg."

Os módulos de flexão e tração do bambu transparente chegam a 7,6 ± 1,3 e 6,7 ± 1,1 GPa, respectivamente, demonstrando suas excelentes propriedades mecânicas.

Além disso, quando usado como substrato para células solares de perovskita, o bambu transparente mostra potencial para atuar como uma camada de gerenciamento de luz devido à sua alta transmitância de luz de 71,6% e um impressionante valor de neblina de 96,7%, levando a um aumento acentuado de 15,29% na eficiência de conversão de energia.

Os pesquisadores estão entusiasmados com o fato de esta descoberta abrir as portas para vidros verdes retardadores de chamas e aplicações em dispositivos ópticos. “Nas pesquisas futuras, vamos nos concentrar na fabricação em larga escala e na multifuncionalização desse bambu transparente”, acrescenta Wan.

Mais informações: Jiahui Su et al, Um novo bambu transparente retardador de chama, supressor de fumaça e superhidrofóbico, Pesquisa (2024). DOI:10.34133/pesquisa.0317
Informações do diário: Pesquisa

Fornecido pela Pesquisa

O aprendizado de máquina e a IA auxiliam na previsão da seletividade molecular de reações químicas

Pesquisadores encontram nova abordagem para o desenvolvimento de antibióticos

Química