Как сделать из дерева... умное стекло? Оно само темнеет в холод, светлеет в жару и блокирует ультрафиолет

Южнокорейские исследователи представили материал, который выглядит как обычное стекло, но ведет себя совершенно иначе. Разработанная прозрачная древесина самостоятельно регулирует освещение, почти полностью блокирует ультрафиолет и снижает теплопотери, обходясь без электричества, датчиков и управляющих схем. В отличие от привычных умных окон, все изменения здесь происходят за счет внутренних свойств самого композита.

Основой для материала стала специально обработанная бальза в сочетании с полимерно-дисперсными жидкими кристаллами. Такое сочетание позволило получить прозрачную структуру, которая реагирует на изменения температуры и меняет оптическое поведение без внешнего управления.

Проблема энергоэффективности зданий по-прежнему остается острой. Значительная часть энергии уходит на отопление, охлаждение и освещение, а окна часто становятся источником теплопотерь и перегрева. Хотя технологии смарт-стекла давно рассматриваются как возможное решение, большинство подобных систем требуют питания, сложного монтажа и обслуживания, что ограничивает их распространение.

Прозрачная древесина работает по иному принципу. Материал функционирует в пассивном режиме и меняет светопропускание в зависимости от температуры. Лабораторные испытания показали, что при нагреве структура постепенно переходит от рассеянного состояния к более прозрачному. При комнатных условиях через поверхность проходит около 28% видимого света, а при повышении температуры до 40°C этот показатель увеличивается примерно до 78% на длине волны 550 нм.

Такая реакция позволяет окнам естественным образом подстраиваться под условия освещения. В прохладную погоду и вечером поверхность сильнее рассеивает свет, уменьшая блики и ограничивая обзор внутрь помещения. В жаркие часы прозрачность возрастает, улучшая освещенность и снижая потребность в искусственном свете. Все эти изменения происходят без дополнительных затрат энергии и определяются перестройкой жидкокристаллической структуры внутри материала.

Помимо управления светом, композит эффективно защищает от ультрафиолетового излучения. Почти 100% UVA-лучей задерживаются благодаря молекулярной организации, известной как эффект J-агрегации. Это помогает защитить кожу и интерьер от повреждений, не ухудшая при этом видимость и цветопередачу.

Теплоизоляция - еще одно важное преимущество. Коэффициент теплопроводности прозрачной древесины составляет 0,197 Вт/м·К, что почти в 5 раз ниже показателей обычного стекла. За счет этого тепло медленнее покидает помещение зимой и слабее проникает внутрь летом, снижая нагрузку на системы климат-контроля.

Материал также решает проблему приватности, хорошо знакомую владельцам стеклянных фасадов. При пониженной температуре поверхность остается более рассеивающей, поэтому в темное время суток помещение меньше просматривается с улицы даже при включенном освещении, без необходимости использовать шторы или пленки.

Авторы рассматривают применение разработки не только в жилых и офисных зданиях. В сельском хозяйстве такой композит может использоваться в теплицах, автоматически регулируя поток солнечного света и помогая поддерживать стабильный микроклимат. В медицинской сфере материал предлагают использовать в гибких кожных аппликациях, которые становятся прозрачными при повышении температуры тела выше 38°C и могут служить простым визуальным индикатором состояния без батареек и электроники.

Хотя перед массовым внедрением требуются дополнительные испытания, исследование показывает, что инженерная древесина способна заменить сложные и энергозатратные решения.